Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (35000 + 285) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(35000 + 285) mod 7 ≡ (35000 mod 7 + 285 mod 7) mod 7.

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

285 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 285 = 280+5 = 7 ⋅ 40 +5.

Somit gilt:

(35000 + 285) mod 7 ≡ (0 + 5) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 16) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 16) mod 8 ≡ (21 mod 8 ⋅ 16 mod 8) mod 8.

21 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 16 + 5 = 2 ⋅ 8 + 5 ist.

16 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 16 + 0 = 2 ⋅ 8 + 0 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 16) mod 8 ≡ (5 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 33464 mod 359.

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. 334 -> x
2. mod(x²,359) -> 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: 3341=334

2: 3342=3341+1=3341⋅3341 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 266 mod 359

4: 3344=3342+2=3342⋅3342 ≡ 266⋅266=70756 ≡ 33 mod 359

8: 3348=3344+4=3344⋅3344 ≡ 33⋅33=1089 ≡ 12 mod 359

16: 33416=3348+8=3348⋅3348 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 359

32: 33432=33416+16=33416⋅33416 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 273 mod 359

64: 33464=33432+32=33432⋅33432 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 216 mod 359

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 312157 mod 479.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 157 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 157 an und zerlegen 157 in eine Summer von 2er-Potenzen:

157 = 128+16+8+4+1

1: 3121=312

2: 3122=3121+1=3121⋅3121 ≡ 312⋅312=97344 ≡ 107 mod 479

4: 3124=3122+2=3122⋅3122 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 432 mod 479

8: 3128=3124+4=3124⋅3124 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 293 mod 479

16: 31216=3128+8=3128⋅3128 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 108 mod 479

32: 31232=31216+16=31216⋅31216 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 168 mod 479

64: 31264=31232+32=31232⋅31232 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 442 mod 479

128: 312128=31264+64=31264⋅31264 ≡ 442⋅442=195364 ≡ 411 mod 479

312157

= 312128+16+8+4+1

= 312128⋅31216⋅3128⋅3124⋅3121

411 ⋅ 108 ⋅ 293 ⋅ 432 ⋅ 312 mod 479
44388 ⋅ 293 ⋅ 432 ⋅ 312 mod 479 ≡ 320 ⋅ 293 ⋅ 432 ⋅ 312 mod 479
93760 ⋅ 432 ⋅ 312 mod 479 ≡ 355 ⋅ 432 ⋅ 312 mod 479
153360 ⋅ 312 mod 479 ≡ 80 ⋅ 312 mod 479
24960 mod 479 ≡ 52 mod 479

Es gilt also: 312157 ≡ 52 mod 479

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 54

=>59 = 1⋅54 + 5
=>54 = 10⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,54)=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= 5-1⋅4
4= 54-10⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(54 -10⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅54 +10⋅ 5)
= -1⋅54 +11⋅ 5 (=1)
5= 59-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅54 +11⋅(59 -1⋅ 54)
= -1⋅54 +11⋅59 -11⋅ 54)
= 11⋅59 -12⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(59,54)=1 = 11⋅59 -12⋅54

oder wenn man 11⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅59 = -12⋅54

-12⋅54 = -11⋅59 + 1 |+59⋅54

-12⋅54 + 59⋅54 = -11⋅59 + 59⋅54 + 1

(-12 + 59) ⋅ 54 = (-11 + 54) ⋅ 59 + 1

47⋅54 = 43⋅59 + 1

Es gilt also: 47⋅54 = 43⋅59 +1

Somit 47⋅54 = 1 mod 59

47 ist also das Inverse von 54 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.