Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2997 + 24002) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2997 + 24002) mod 6 ≡ (2997 mod 6 + 24002 mod 6) mod 6.

2997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2997 = 3000-3 = 6 ⋅ 500 -3 = 6 ⋅ 500 - 6 + 3.

24002 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24002 = 24000+2 = 6 ⋅ 4000 +2.

Somit gilt:

(2997 + 24002) mod 6 ≡ (3 + 2) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (48 ⋅ 96) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(48 ⋅ 96) mod 4 ≡ (48 mod 4 ⋅ 96 mod 4) mod 4.

48 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 48 + 0 = 12 ⋅ 4 + 0 ist.

96 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 96 + 0 = 24 ⋅ 4 + 0 ist.

Somit gilt:

(48 ⋅ 96) mod 4 ≡ (0 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23064 mod 463.

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. 230 -> x
2. mod(x²,463) -> 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: 2301=230

2: 2302=2301+1=2301⋅2301 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 118 mod 463

4: 2304=2302+2=2302⋅2302 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 34 mod 463

8: 2308=2304+4=2304⋅2304 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 230 mod 463

16: 23016=2308+8=2308⋅2308 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 118 mod 463

32: 23032=23016+16=23016⋅23016 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 34 mod 463

64: 23064=23032+32=23032⋅23032 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 230 mod 463

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 305198 mod 937.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 198 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 198 an und zerlegen 198 in eine Summer von 2er-Potenzen:

198 = 128+64+4+2

1: 3051=305

2: 3052=3051+1=3051⋅3051 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 262 mod 937

4: 3054=3052+2=3052⋅3052 ≡ 262⋅262=68644 ≡ 243 mod 937

8: 3058=3054+4=3054⋅3054 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 18 mod 937

16: 30516=3058+8=3058⋅3058 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 937

32: 30532=30516+16=30516⋅30516 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 32 mod 937

64: 30564=30532+32=30532⋅30532 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 87 mod 937

128: 305128=30564+64=30564⋅30564 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 73 mod 937

305198

= 305128+64+4+2

= 305128⋅30564⋅3054⋅3052

73 ⋅ 87 ⋅ 243 ⋅ 262 mod 937
6351 ⋅ 243 ⋅ 262 mod 937 ≡ 729 ⋅ 243 ⋅ 262 mod 937
177147 ⋅ 262 mod 937 ≡ 54 ⋅ 262 mod 937
14148 mod 937 ≡ 93 mod 937

Es gilt also: 305198 ≡ 93 mod 937

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 48

=>73 = 1⋅48 + 25
=>48 = 1⋅25 + 23
=>25 = 1⋅23 + 2
=>23 = 11⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,48)=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= 23-11⋅2
2= 25-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅23 -11⋅(25 -1⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅25 +11⋅ 23)
= -11⋅25 +12⋅ 23 (=1)
23= 48-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -11⋅25 +12⋅(48 -1⋅ 25)
= -11⋅25 +12⋅48 -12⋅ 25)
= 12⋅48 -23⋅ 25 (=1)
25= 73-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 12⋅48 -23⋅(73 -1⋅ 48)
= 12⋅48 -23⋅73 +23⋅ 48)
= -23⋅73 +35⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(73,48)=1 = -23⋅73 +35⋅48

oder wenn man -23⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +23⋅73 = +35⋅48

Es gilt also: 35⋅48 = 23⋅73 +1

Somit 35⋅48 = 1 mod 73

35 ist also das Inverse von 48 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.