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: (8000 + 80) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(8000 + 80) mod 4 ≡ (8000 mod 4 + 80 mod 4) mod 4.

8000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8000 = 8000+0 = 4 ⋅ 2000 +0.

80 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80+0 = 4 ⋅ 20 +0.

Somit gilt:

(8000 + 80) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 60) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(45 ⋅ 60) mod 9 ≡ (45 mod 9 ⋅ 60 mod 9) mod 9.

45 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 45 + 0 = 5 ⋅ 9 + 0 ist.

60 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 54 + 6 = 6 ⋅ 9 + 6 ist.

Somit gilt:

(45 ⋅ 60) mod 9 ≡ (0 ⋅ 6) mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 69464 mod 859.

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. 694 -> x
2. mod(x²,859) -> 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: 6941=694

2: 6942=6941+1=6941⋅6941 ≡ 694⋅694=481636 ≡ 596 mod 859

4: 6944=6942+2=6942⋅6942 ≡ 596⋅596=355216 ≡ 449 mod 859

8: 6948=6944+4=6944⋅6944 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 595 mod 859

16: 69416=6948+8=6948⋅6948 ≡ 595⋅595=354025 ≡ 117 mod 859

32: 69432=69416+16=69416⋅69416 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 804 mod 859

64: 69464=69432+32=69432⋅69432 ≡ 804⋅804=646416 ≡ 448 mod 859

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 206163 mod 431.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 163 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 163 an und zerlegen 163 in eine Summer von 2er-Potenzen:

163 = 128+32+2+1

1: 2061=206

2: 2062=2061+1=2061⋅2061 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 198 mod 431

4: 2064=2062+2=2062⋅2062 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 414 mod 431

8: 2068=2064+4=2064⋅2064 ≡ 414⋅414=171396 ≡ 289 mod 431

16: 20616=2068+8=2068⋅2068 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 338 mod 431

32: 20632=20616+16=20616⋅20616 ≡ 338⋅338=114244 ≡ 29 mod 431

64: 20664=20632+32=20632⋅20632 ≡ 29⋅29=841 ≡ 410 mod 431

128: 206128=20664+64=20664⋅20664 ≡ 410⋅410=168100 ≡ 10 mod 431

206163

= 206128+32+2+1

= 206128⋅20632⋅2062⋅2061

10 ⋅ 29 ⋅ 198 ⋅ 206 mod 431
290 ⋅ 198 ⋅ 206 mod 431
57420 ⋅ 206 mod 431 ≡ 97 ⋅ 206 mod 431
19982 mod 431 ≡ 156 mod 431

Es gilt also: 206163 ≡ 156 mod 431

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 24.

Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 24

=>61 = 2⋅24 + 13
=>24 = 1⋅13 + 11
=>13 = 1⋅11 + 2
=>11 = 5⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,24)=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= 11-5⋅2
2= 13-1⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -5⋅(13 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅13 +5⋅ 11)
= -5⋅13 +6⋅ 11 (=1)
11= 24-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅13 +6⋅(24 -1⋅ 13)
= -5⋅13 +6⋅24 -6⋅ 13)
= 6⋅24 -11⋅ 13 (=1)
13= 61-2⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅24 -11⋅(61 -2⋅ 24)
= 6⋅24 -11⋅61 +22⋅ 24)
= -11⋅61 +28⋅ 24 (=1)

Es gilt also: ggt(61,24)=1 = -11⋅61 +28⋅24

oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅61 = +28⋅24

Es gilt also: 28⋅24 = 11⋅61 +1

Somit 28⋅24 = 1 mod 61

28 ist also das Inverse von 24 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.