Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34993 + 2805) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34993 + 2805) mod 7 ≡ (34993 mod 7 + 2805 mod 7) mod 7.

34993 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34993 = 35000-7 = 7 ⋅ 5000 -7 = 7 ⋅ 5000 - 7 + 0.

2805 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2805 = 2800+5 = 7 ⋅ 400 +5.

Somit gilt:

(34993 + 2805) mod 7 ≡ (0 + 5) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 18) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 18) mod 7 ≡ (21 mod 7 ⋅ 18 mod 7) mod 7.

21 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 21 + 0 = 3 ⋅ 7 + 0 ist.

18 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 14 + 4 = 2 ⋅ 7 + 4 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 18) mod 7 ≡ (0 ⋅ 4) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 219128 mod 347.

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. 219 -> x
2. mod(x²,347) -> 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: 2191=219

2: 2192=2191+1=2191⋅2191 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 75 mod 347

4: 2194=2192+2=2192⋅2192 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 73 mod 347

8: 2198=2194+4=2194⋅2194 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 124 mod 347

16: 21916=2198+8=2198⋅2198 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 108 mod 347

32: 21932=21916+16=21916⋅21916 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 213 mod 347

64: 21964=21932+32=21932⋅21932 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 259 mod 347

128: 219128=21964+64=21964⋅21964 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 110 mod 347

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 468219 mod 823.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 219 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 219 an und zerlegen 219 in eine Summer von 2er-Potenzen:

219 = 128+64+16+8+2+1

1: 4681=468

2: 4682=4681+1=4681⋅4681 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 106 mod 823

4: 4684=4682+2=4682⋅4682 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 537 mod 823

8: 4688=4684+4=4684⋅4684 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 319 mod 823

16: 46816=4688+8=4688⋅4688 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 532 mod 823

32: 46832=46816+16=46816⋅46816 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 735 mod 823

64: 46864=46832+32=46832⋅46832 ≡ 735⋅735=540225 ≡ 337 mod 823

128: 468128=46864+64=46864⋅46864 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 818 mod 823

468219

= 468128+64+16+8+2+1

= 468128⋅46864⋅46816⋅4688⋅4682⋅4681

818 ⋅ 337 ⋅ 532 ⋅ 319 ⋅ 106 ⋅ 468 mod 823
275666 ⋅ 532 ⋅ 319 ⋅ 106 ⋅ 468 mod 823 ≡ 784 ⋅ 532 ⋅ 319 ⋅ 106 ⋅ 468 mod 823
417088 ⋅ 319 ⋅ 106 ⋅ 468 mod 823 ≡ 650 ⋅ 319 ⋅ 106 ⋅ 468 mod 823
207350 ⋅ 106 ⋅ 468 mod 823 ≡ 777 ⋅ 106 ⋅ 468 mod 823
82362 ⋅ 468 mod 823 ≡ 62 ⋅ 468 mod 823
29016 mod 823 ≡ 211 mod 823

Es gilt also: 468219 ≡ 211 mod 823

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 31

=>59 = 1⋅31 + 28
=>31 = 1⋅28 + 3
=>28 = 9⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,31)=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= 28-9⋅3
3= 31-1⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅28 -9⋅(31 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -9⋅31 +9⋅ 28)
= -9⋅31 +10⋅ 28 (=1)
28= 59-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -9⋅31 +10⋅(59 -1⋅ 31)
= -9⋅31 +10⋅59 -10⋅ 31)
= 10⋅59 -19⋅ 31 (=1)

Es gilt also: ggt(59,31)=1 = 10⋅59 -19⋅31

oder wenn man 10⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -10⋅59 = -19⋅31

-19⋅31 = -10⋅59 + 1 |+59⋅31

-19⋅31 + 59⋅31 = -10⋅59 + 59⋅31 + 1

(-19 + 59) ⋅ 31 = (-10 + 31) ⋅ 59 + 1

40⋅31 = 21⋅59 + 1

Es gilt also: 40⋅31 = 21⋅59 +1

Somit 40⋅31 = 1 mod 59

40 ist also das Inverse von 31 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.