Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (81 - 178) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(81 - 178) mod 9 ≡ (81 mod 9 - 178 mod 9) mod 9.

81 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 90-9 = 9 ⋅ 10 -9 = 9 ⋅ 10 - 9 + 0.

178 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 178 = 180-2 = 9 ⋅ 20 -2 = 9 ⋅ 20 - 9 + 7.

Somit gilt:

(81 - 178) mod 9 ≡ (0 - 7) mod 9 ≡ -7 mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 55) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(93 ⋅ 55) mod 3 ≡ (93 mod 3 ⋅ 55 mod 3) mod 3.

93 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 93 + 0 = 31 ⋅ 3 + 0 ist.

55 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 54 + 1 = 18 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(93 ⋅ 55) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 371128 mod 409.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 371 -> x
2. mod(x²,409) -> 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: 3711=371

2: 3712=3711+1=3711⋅3711 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 217 mod 409

4: 3714=3712+2=3712⋅3712 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 54 mod 409

8: 3718=3714+4=3714⋅3714 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 53 mod 409

16: 37116=3718+8=3718⋅3718 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 355 mod 409

32: 37132=37116+16=37116⋅37116 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 53 mod 409

64: 37164=37132+32=37132⋅37132 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 355 mod 409

128: 371128=37164+64=37164⋅37164 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 53 mod 409

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 387163 mod 683.

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: 3871=387

2: 3872=3871+1=3871⋅3871 ≡ 387⋅387=149769 ≡ 192 mod 683

4: 3874=3872+2=3872⋅3872 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 665 mod 683

8: 3878=3874+4=3874⋅3874 ≡ 665⋅665=442225 ≡ 324 mod 683

16: 38716=3878+8=3878⋅3878 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 477 mod 683

32: 38732=38716+16=38716⋅38716 ≡ 477⋅477=227529 ≡ 90 mod 683

64: 38764=38732+32=38732⋅38732 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 587 mod 683

128: 387128=38764+64=38764⋅38764 ≡ 587⋅587=344569 ≡ 337 mod 683

387163

= 387128+32+2+1

= 387128⋅38732⋅3872⋅3871

337 ⋅ 90 ⋅ 192 ⋅ 387 mod 683
30330 ⋅ 192 ⋅ 387 mod 683 ≡ 278 ⋅ 192 ⋅ 387 mod 683
53376 ⋅ 387 mod 683 ≡ 102 ⋅ 387 mod 683
39474 mod 683 ≡ 543 mod 683

Es gilt also: 387163 ≡ 543 mod 683

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 46

=>59 = 1⋅46 + 13
=>46 = 3⋅13 + 7
=>13 = 1⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,46)=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= 7-1⋅6
6= 13-1⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(13 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅13 +1⋅ 7)
= -1⋅13 +2⋅ 7 (=1)
7= 46-3⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅13 +2⋅(46 -3⋅ 13)
= -1⋅13 +2⋅46 -6⋅ 13)
= 2⋅46 -7⋅ 13 (=1)
13= 59-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅46 -7⋅(59 -1⋅ 46)
= 2⋅46 -7⋅59 +7⋅ 46)
= -7⋅59 +9⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(59,46)=1 = -7⋅59 +9⋅46

oder wenn man -7⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅59 = +9⋅46

Es gilt also: 9⋅46 = 7⋅59 +1

Somit 9⋅46 = 1 mod 59

9 ist also das Inverse von 46 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.