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: (5997 - 12000) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(5997 - 12000) mod 3 ≡ (5997 mod 3 - 12000 mod 3) mod 3.

5997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5997 = 6000-3 = 3 ⋅ 2000 -3 = 3 ⋅ 2000 - 3 + 0.

12000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000 = 12000+0 = 3 ⋅ 4000 +0.

Somit gilt:

(5997 - 12000) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 51) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 51) mod 4 ≡ (58 mod 4 ⋅ 51 mod 4) mod 4.

58 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 14 ⋅ 4 + 2 ist.

51 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 48 + 3 = 12 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 51) mod 4 ≡ (2 ⋅ 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 29332 mod 311.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 293 -> x
2. mod(x²,311) -> 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: 2931=293

2: 2932=2931+1=2931⋅2931 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 13 mod 311

4: 2934=2932+2=2932⋅2932 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 311

8: 2938=2934+4=2934⋅2934 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 260 mod 311

16: 29316=2938+8=2938⋅2938 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 113 mod 311

32: 29332=29316+16=29316⋅29316 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 18 mod 311

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 771175 mod 991.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 175 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 175 an und zerlegen 175 in eine Summer von 2er-Potenzen:

175 = 128+32+8+4+2+1

1: 7711=771

2: 7712=7711+1=7711⋅7711 ≡ 771⋅771=594441 ≡ 832 mod 991

4: 7714=7712+2=7712⋅7712 ≡ 832⋅832=692224 ≡ 506 mod 991

8: 7718=7714+4=7714⋅7714 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 358 mod 991

16: 77116=7718+8=7718⋅7718 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 325 mod 991

32: 77132=77116+16=77116⋅77116 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 579 mod 991

64: 77164=77132+32=77132⋅77132 ≡ 579⋅579=335241 ≡ 283 mod 991

128: 771128=77164+64=77164⋅77164 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 809 mod 991

771175

= 771128+32+8+4+2+1

= 771128⋅77132⋅7718⋅7714⋅7712⋅7711

≡ 809 ⋅ 579 ⋅ 358 ⋅ 506 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991
≡ 468411 ⋅ 358 ⋅ 506 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991 ≡ 659 ⋅ 358 ⋅ 506 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991
≡ 235922 ⋅ 506 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991 ≡ 64 ⋅ 506 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991
≡ 32384 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991 ≡ 672 ⋅ 832 ⋅ 771 mod 991
≡ 559104 ⋅ 771 mod 991 ≡ 180 ⋅ 771 mod 991
≡ 138780 mod 991 ≡ 40 mod 991

Es gilt also: 771175 ≡ 40 mod 991

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 80.

Also bestimme x, so dass 80 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 80

=>89 = 1⋅80 + 9
=>80 = 8⋅9 + 8
=>9 = 1⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,80)=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= 9-1⋅8
8= 80-8⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -1⋅(80 -8⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅80 +8⋅ 9)
= -1⋅80 +9⋅ 9 (=1)
9= 89-1⋅80 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅80 +9⋅(89 -1⋅ 80)
= -1⋅80 +9⋅89 -9⋅ 80)
= 9⋅89 -10⋅ 80 (=1)

Es gilt also: ggt(89,80)=1 = 9⋅89 -10⋅80

oder wenn man 9⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅89 = -10⋅80

-10⋅80 = -9⋅89 + 1 |+89⋅80

-10⋅80 + 89⋅80 = -9⋅89 + 89⋅80 + 1

(-10 + 89) ⋅ 80 = (-9 + 80) ⋅ 89 + 1

79⋅80 = 71⋅89 + 1

Es gilt also: 79⋅80 = 71⋅89 +1

Somit 79⋅80 = 1 mod 89

79 ist also das Inverse von 80 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.