Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (177 + 361) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(177 + 361) mod 9 ≡ (177 mod 9 + 361 mod 9) mod 9.

177 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 177 = 180-3 = 9 ⋅ 20 -3 = 9 ⋅ 20 - 9 + 6.

361 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 361 = 360+1 = 9 ⋅ 40 +1.

Somit gilt:

(177 + 361) mod 9 ≡ (6 + 1) mod 9 ≡ 7 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (48 ⋅ 69) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(48 ⋅ 69) mod 4 ≡ (48 mod 4 ⋅ 69 mod 4) mod 4.

48 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 48 + 0 = 12 ⋅ 4 + 0 ist.

69 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 68 + 1 = 17 ⋅ 4 + 1 ist.

Somit gilt:

(48 ⋅ 69) mod 4 ≡ (0 ⋅ 1) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 14064 mod 271.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 140 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 1401=140

2: 1402=1401+1=1401⋅1401 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 88 mod 271

4: 1404=1402+2=1402⋅1402 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 156 mod 271

8: 1408=1404+4=1404⋅1404 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 217 mod 271

16: 14016=1408+8=1408⋅1408 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 206 mod 271

32: 14032=14016+16=14016⋅14016 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 160 mod 271

64: 14064=14032+32=14032⋅14032 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 126 mod 271

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 509119 mod 547.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 119 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 119 an und zerlegen 119 in eine Summer von 2er-Potenzen:

119 = 64+32+16+4+2+1

1: 5091=509

2: 5092=5091+1=5091⋅5091 ≡ 509⋅509=259081 ≡ 350 mod 547

4: 5094=5092+2=5092⋅5092 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 519 mod 547

8: 5098=5094+4=5094⋅5094 ≡ 519⋅519=269361 ≡ 237 mod 547

16: 50916=5098+8=5098⋅5098 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 375 mod 547

32: 50932=50916+16=50916⋅50916 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 46 mod 547

64: 50964=50932+32=50932⋅50932 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 475 mod 547

509119

= 50964+32+16+4+2+1

= 50964⋅50932⋅50916⋅5094⋅5092⋅5091

475 ⋅ 46 ⋅ 375 ⋅ 519 ⋅ 350 ⋅ 509 mod 547
21850 ⋅ 375 ⋅ 519 ⋅ 350 ⋅ 509 mod 547 ≡ 517 ⋅ 375 ⋅ 519 ⋅ 350 ⋅ 509 mod 547
193875 ⋅ 519 ⋅ 350 ⋅ 509 mod 547 ≡ 237 ⋅ 519 ⋅ 350 ⋅ 509 mod 547
123003 ⋅ 350 ⋅ 509 mod 547 ≡ 475 ⋅ 350 ⋅ 509 mod 547
166250 ⋅ 509 mod 547 ≡ 509 ⋅ 509 mod 547
259081 mod 547 ≡ 350 mod 547

Es gilt also: 509119 ≡ 350 mod 547

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 54

=>71 = 1⋅54 + 17
=>54 = 3⋅17 + 3
=>17 = 5⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,54)=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= 3-1⋅2
2= 17-5⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(17 -5⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅17 +5⋅ 3)
= -1⋅17 +6⋅ 3 (=1)
3= 54-3⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅17 +6⋅(54 -3⋅ 17)
= -1⋅17 +6⋅54 -18⋅ 17)
= 6⋅54 -19⋅ 17 (=1)
17= 71-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅54 -19⋅(71 -1⋅ 54)
= 6⋅54 -19⋅71 +19⋅ 54)
= -19⋅71 +25⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(71,54)=1 = -19⋅71 +25⋅54

oder wenn man -19⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅71 = +25⋅54

Es gilt also: 25⋅54 = 19⋅71 +1

Somit 25⋅54 = 1 mod 71

25 ist also das Inverse von 54 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.