Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34999 + 35005) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34999 + 35005) mod 7 ≡ (34999 mod 7 + 35005 mod 7) mod 7.

34999 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34999 = 35000-1 = 7 ⋅ 5000 -1 = 7 ⋅ 5000 - 7 + 6.

35005 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35005 = 35000+5 = 7 ⋅ 5000 +5.

Somit gilt:

(34999 + 35005) mod 7 ≡ (6 + 5) mod 7 ≡ 11 mod 7 ≡ 4 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 96) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(53 ⋅ 96) mod 5 ≡ (53 mod 5 ⋅ 96 mod 5) mod 5.

53 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 50 + 3 = 10 ⋅ 5 + 3 ist.

96 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 95 + 1 = 19 ⋅ 5 + 1 ist.

Somit gilt:

(53 ⋅ 96) mod 5 ≡ (3 ⋅ 1) mod 5 ≡ 3 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 65964 mod 881.

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. 659 -> x
2. mod(x²,881) -> 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: 6591=659

2: 6592=6591+1=6591⋅6591 ≡ 659⋅659=434281 ≡ 829 mod 881

4: 6594=6592+2=6592⋅6592 ≡ 829⋅829=687241 ≡ 61 mod 881

8: 6598=6594+4=6594⋅6594 ≡ 61⋅61=3721 ≡ 197 mod 881

16: 65916=6598+8=6598⋅6598 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 45 mod 881

32: 65932=65916+16=65916⋅65916 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 263 mod 881

64: 65964=65932+32=65932⋅65932 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 451 mod 881

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 214125 mod 523.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 125 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 125 an und zerlegen 125 in eine Summer von 2er-Potenzen:

125 = 64+32+16+8+4+1

1: 2141=214

2: 2142=2141+1=2141⋅2141 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 295 mod 523

4: 2144=2142+2=2142⋅2142 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 207 mod 523

8: 2148=2144+4=2144⋅2144 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 486 mod 523

16: 21416=2148+8=2148⋅2148 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 323 mod 523

32: 21432=21416+16=21416⋅21416 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 252 mod 523

64: 21464=21432+32=21432⋅21432 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 221 mod 523

214125

= 21464+32+16+8+4+1

= 21464⋅21432⋅21416⋅2148⋅2144⋅2141

221 ⋅ 252 ⋅ 323 ⋅ 486 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523
55692 ⋅ 323 ⋅ 486 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523 ≡ 254 ⋅ 323 ⋅ 486 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523
82042 ⋅ 486 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523 ≡ 454 ⋅ 486 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523
220644 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523 ≡ 461 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523
95427 ⋅ 214 mod 523 ≡ 241 ⋅ 214 mod 523
51574 mod 523 ≡ 320 mod 523

Es gilt also: 214125 ≡ 320 mod 523

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 47

=>73 = 1⋅47 + 26
=>47 = 1⋅26 + 21
=>26 = 1⋅21 + 5
=>21 = 4⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,47)=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= 21-4⋅5
5= 26-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -4⋅(26 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -4⋅26 +4⋅ 21)
= -4⋅26 +5⋅ 21 (=1)
21= 47-1⋅26 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅26 +5⋅(47 -1⋅ 26)
= -4⋅26 +5⋅47 -5⋅ 26)
= 5⋅47 -9⋅ 26 (=1)
26= 73-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅47 -9⋅(73 -1⋅ 47)
= 5⋅47 -9⋅73 +9⋅ 47)
= -9⋅73 +14⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(73,47)=1 = -9⋅73 +14⋅47

oder wenn man -9⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅73 = +14⋅47

Es gilt also: 14⋅47 = 9⋅73 +1

Somit 14⋅47 = 1 mod 73

14 ist also das Inverse von 47 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.