Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1398 + 70) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1398 + 70) mod 7 ≡ (1398 mod 7 + 70 mod 7) mod 7.

1398 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1398 = 1400-2 = 7 ⋅ 200 -2 = 7 ⋅ 200 - 7 + 5.

70 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70+0 = 7 ⋅ 10 +0.

Somit gilt:

(1398 + 70) mod 7 ≡ (5 + 0) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (79 ⋅ 77) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(79 ⋅ 77) mod 11 ≡ (79 mod 11 ⋅ 77 mod 11) mod 11.

79 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 77 + 2 = 7 ⋅ 11 + 2 ist.

77 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 77 = 77 + 0 = 7 ⋅ 11 + 0 ist.

Somit gilt:

(79 ⋅ 77) mod 11 ≡ (2 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 51916 mod 601.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

Deswegen quadrieren wir einfach mit jedem Schritt das Ergebnis und kommen so immer eine 2er-Potenz im Exponenten höher:

Zur technischen Durchführung mit einem TI-WTR bietet sich folgende Vorgehensweise an:
1. 519 -> x
2. mod(x²,601) -> x

  • den Pfeil "->" erhält man durch Drücken der [sto->]-Taste
  • die x-Taste ist direkt darüber
  • "mod" erhält man durch [math]->NUM->8:mod
  • das Komma "," erhält man durch Drücken von [2nd][.]

1: 5191=519

2: 5192=5191+1=5191⋅5191 ≡ 519⋅519=269361 ≡ 113 mod 601

4: 5194=5192+2=5192⋅5192 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 148 mod 601

8: 5198=5194+4=5194⋅5194 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 268 mod 601

16: 51916=5198+8=5198⋅5198 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 305 mod 601

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 572254 mod 821.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 254 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 254 an und zerlegen 254 in eine Summer von 2er-Potenzen:

254 = 128+64+32+16+8+4+2

1: 5721=572

2: 5722=5721+1=5721⋅5721 ≡ 572⋅572=327184 ≡ 426 mod 821

4: 5724=5722+2=5722⋅5722 ≡ 426⋅426=181476 ≡ 35 mod 821

8: 5728=5724+4=5724⋅5724 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 404 mod 821

16: 57216=5728+8=5728⋅5728 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 658 mod 821

32: 57232=57216+16=57216⋅57216 ≡ 658⋅658=432964 ≡ 297 mod 821

64: 57264=57232+32=57232⋅57232 ≡ 297⋅297=88209 ≡ 362 mod 821

128: 572128=57264+64=57264⋅57264 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 505 mod 821

572254

= 572128+64+32+16+8+4+2

= 572128⋅57264⋅57232⋅57216⋅5728⋅5724⋅5722

505 ⋅ 362 ⋅ 297 ⋅ 658 ⋅ 404 ⋅ 35 ⋅ 426 mod 821
182810 ⋅ 297 ⋅ 658 ⋅ 404 ⋅ 35 ⋅ 426 mod 821 ≡ 548 ⋅ 297 ⋅ 658 ⋅ 404 ⋅ 35 ⋅ 426 mod 821
162756 ⋅ 658 ⋅ 404 ⋅ 35 ⋅ 426 mod 821 ≡ 198 ⋅ 658 ⋅ 404 ⋅ 35 ⋅ 426 mod 821
130284 ⋅ 404 ⋅ 35 ⋅ 426 mod 821 ≡ 566 ⋅ 404 ⋅ 35 ⋅ 426 mod 821
228664 ⋅ 35 ⋅ 426 mod 821 ≡ 426 ⋅ 35 ⋅ 426 mod 821
14910 ⋅ 426 mod 821 ≡ 132 ⋅ 426 mod 821
56232 mod 821 ≡ 404 mod 821

Es gilt also: 572254 ≡ 404 mod 821

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 22.

Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 22

=>59 = 2⋅22 + 15
=>22 = 1⋅15 + 7
=>15 = 2⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,22)=1

Jetzt formen wir jede Zeile von unten nach oben um indem wir das Prokukt auf die andere Seite bringen.
Wir starten mit der zweitletzten Zeile:

1= 15-2⋅7
7= 22-1⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅15 -2⋅(22 -1⋅ 15)
= 1⋅15 -2⋅22 +2⋅ 15)
= -2⋅22 +3⋅ 15 (=1)
15= 59-2⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅22 +3⋅(59 -2⋅ 22)
= -2⋅22 +3⋅59 -6⋅ 22)
= 3⋅59 -8⋅ 22 (=1)

Es gilt also: ggt(59,22)=1 = 3⋅59 -8⋅22

oder wenn man 3⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅59 = -8⋅22

-8⋅22 = -3⋅59 + 1 |+59⋅22

-8⋅22 + 59⋅22 = -3⋅59 + 59⋅22 + 1

(-8 + 59) ⋅ 22 = (-3 + 22) ⋅ 59 + 1

51⋅22 = 19⋅59 + 1

Es gilt also: 51⋅22 = 19⋅59 +1

Somit 51⋅22 = 1 mod 59

51 ist also das Inverse von 22 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.