Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36002 + 173) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36002 + 173) mod 9 ≡ (36002 mod 9 + 173 mod 9) mod 9.

36002 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36002 = 36000+2 = 9 ⋅ 4000 +2.

173 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 173 = 180-7 = 9 ⋅ 20 -7 = 9 ⋅ 20 - 9 + 2.

Somit gilt:

(36002 + 173) mod 9 ≡ (2 + 2) mod 9 ≡ 4 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 38) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(68 ⋅ 38) mod 11 ≡ (68 mod 11 ⋅ 38 mod 11) mod 11.

68 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 66 + 2 = 6 ⋅ 11 + 2 ist.

38 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 33 + 5 = 3 ⋅ 11 + 5 ist.

Somit gilt:

(68 ⋅ 38) mod 11 ≡ (2 ⋅ 5) mod 11 ≡ 10 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 25616 mod 587.

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. 256 -> x
2. mod(x²,587) -> 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: 2561=256

2: 2562=2561+1=2561⋅2561 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 379 mod 587

4: 2564=2562+2=2562⋅2562 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 413 mod 587

8: 2568=2564+4=2564⋅2564 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 339 mod 587

16: 25616=2568+8=2568⋅2568 ≡ 339⋅339=114921 ≡ 456 mod 587

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 750162 mod 757.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 162 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 162 an und zerlegen 162 in eine Summer von 2er-Potenzen:

162 = 128+32+2

1: 7501=750

2: 7502=7501+1=7501⋅7501 ≡ 750⋅750=562500 ≡ 49 mod 757

4: 7504=7502+2=7502⋅7502 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 130 mod 757

8: 7508=7504+4=7504⋅7504 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 246 mod 757

16: 75016=7508+8=7508⋅7508 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 713 mod 757

32: 75032=75016+16=75016⋅75016 ≡ 713⋅713=508369 ≡ 422 mod 757

64: 75064=75032+32=75032⋅75032 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 189 mod 757

128: 750128=75064+64=75064⋅75064 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 142 mod 757

750162

= 750128+32+2

= 750128⋅75032⋅7502

≡ 142 ⋅ 422 ⋅ 49 mod 757
≡ 59924 ⋅ 49 mod 757 ≡ 121 ⋅ 49 mod 757
≡ 5929 mod 757 ≡ 630 mod 757

Es gilt also: 750162 ≡ 630 mod 757

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 42

=>67 = 1⋅42 + 25
=>42 = 1⋅25 + 17
=>25 = 1⋅17 + 8
=>17 = 2⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,42)=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= 17-2⋅8
8= 25-1⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -2⋅(25 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅25 +2⋅ 17)
= -2⋅25 +3⋅ 17 (=1)
17= 42-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅25 +3⋅(42 -1⋅ 25)
= -2⋅25 +3⋅42 -3⋅ 25)
= 3⋅42 -5⋅ 25 (=1)
25= 67-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅42 -5⋅(67 -1⋅ 42)
= 3⋅42 -5⋅67 +5⋅ 42)
= -5⋅67 +8⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(67,42)=1 = -5⋅67 +8⋅42

oder wenn man -5⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅67 = +8⋅42

Es gilt also: 8⋅42 = 5⋅67 +1

Somit 8⋅42 = 1 mod 67

8 ist also das Inverse von 42 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.