Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (150 + 96) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(150 + 96) mod 5 ≡ (150 mod 5 + 96 mod 5) mod 5.

150 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 150 = 150+0 = 5 ⋅ 30 +0.

96 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 90+6 = 5 ⋅ 18 +6.

Somit gilt:

(150 + 96) mod 5 ≡ (0 + 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (88 ⋅ 42) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(88 ⋅ 42) mod 10 ≡ (88 mod 10 ⋅ 42 mod 10) mod 10.

88 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 80 + 8 = 8 ⋅ 10 + 8 ist.

42 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 40 + 2 = 4 ⋅ 10 + 2 ist.

Somit gilt:

(88 ⋅ 42) mod 10 ≡ (8 ⋅ 2) mod 10 ≡ 16 mod 10 ≡ 6 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 1908 mod 311.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 190 -> x
2. mod(x²,311) -> 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: 1901=190

2: 1902=1901+1=1901⋅1901 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 24 mod 311

4: 1904=1902+2=1902⋅1902 ≡ 24⋅24=576 ≡ 265 mod 311

8: 1908=1904+4=1904⋅1904 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 250 mod 311

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 279254 mod 283.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 254 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 254 an und zerlegen 254 in eine Summer von 2er-Potenzen:

254 = 128+64+32+16+8+4+2

1: 2791=279

2: 2792=2791+1=2791⋅2791 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 16 mod 283

4: 2794=2792+2=2792⋅2792 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 283

8: 2798=2794+4=2794⋅2794 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 163 mod 283

16: 27916=2798+8=2798⋅2798 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 250 mod 283

32: 27932=27916+16=27916⋅27916 ≡ 250⋅250=62500 ≡ 240 mod 283

64: 27964=27932+32=27932⋅27932 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 151 mod 283

128: 279128=27964+64=27964⋅27964 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 161 mod 283

279254

= 279128+64+32+16+8+4+2

= 279128⋅27964⋅27932⋅27916⋅2798⋅2794⋅2792

161 ⋅ 151 ⋅ 240 ⋅ 250 ⋅ 163 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 283
24311 ⋅ 240 ⋅ 250 ⋅ 163 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 283 ≡ 256 ⋅ 240 ⋅ 250 ⋅ 163 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 283
61440 ⋅ 250 ⋅ 163 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 283 ≡ 29 ⋅ 250 ⋅ 163 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 283
7250 ⋅ 163 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 283 ≡ 175 ⋅ 163 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 283
28525 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 283 ≡ 225 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 283
57600 ⋅ 16 mod 283 ≡ 151 ⋅ 16 mod 283
2416 mod 283 ≡ 152 mod 283

Es gilt also: 279254 ≡ 152 mod 283

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 33.

Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 33

=>73 = 2⋅33 + 7
=>33 = 4⋅7 + 5
=>7 = 1⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,33)=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= 5-2⋅2
2= 7-1⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(7 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅7 +2⋅ 5)
= -2⋅7 +3⋅ 5 (=1)
5= 33-4⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅7 +3⋅(33 -4⋅ 7)
= -2⋅7 +3⋅33 -12⋅ 7)
= 3⋅33 -14⋅ 7 (=1)
7= 73-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅33 -14⋅(73 -2⋅ 33)
= 3⋅33 -14⋅73 +28⋅ 33)
= -14⋅73 +31⋅ 33 (=1)

Es gilt also: ggt(73,33)=1 = -14⋅73 +31⋅33

oder wenn man -14⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +14⋅73 = +31⋅33

Es gilt also: 31⋅33 = 14⋅73 +1

Somit 31⋅33 = 1 mod 73

31 ist also das Inverse von 33 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.