Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (233 + 808) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(233 + 808) mod 8 ≡ (233 mod 8 + 808 mod 8) mod 8.

233 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 233 = 240-7 = 8 ⋅ 30 -7 = 8 ⋅ 30 - 8 + 1.

808 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 808 = 800+8 = 8 ⋅ 100 +8.

Somit gilt:

(233 + 808) mod 8 ≡ (1 + 0) mod 8 ≡ 1 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 82) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18 ⋅ 82) mod 5 ≡ (18 mod 5 ⋅ 82 mod 5) mod 5.

18 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 15 + 3 = 3 ⋅ 5 + 3 ist.

82 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 80 + 2 = 16 ⋅ 5 + 2 ist.

Somit gilt:

(18 ⋅ 82) mod 5 ≡ (3 ⋅ 2) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 721128 mod 857.

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. 721 -> x
2. mod(x²,857) -> 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: 7211=721

2: 7212=7211+1=7211⋅7211 ≡ 721⋅721=519841 ≡ 499 mod 857

4: 7214=7212+2=7212⋅7212 ≡ 499⋅499=249001 ≡ 471 mod 857

8: 7218=7214+4=7214⋅7214 ≡ 471⋅471=221841 ≡ 735 mod 857

16: 72116=7218+8=7218⋅7218 ≡ 735⋅735=540225 ≡ 315 mod 857

32: 72132=72116+16=72116⋅72116 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 670 mod 857

64: 72164=72132+32=72132⋅72132 ≡ 670⋅670=448900 ≡ 689 mod 857

128: 721128=72164+64=72164⋅72164 ≡ 689⋅689=474721 ≡ 800 mod 857

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 68193 mod 719.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 93 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 93 an und zerlegen 93 in eine Summer von 2er-Potenzen:

93 = 64+16+8+4+1

1: 6811=681

2: 6812=6811+1=6811⋅6811 ≡ 681⋅681=463761 ≡ 6 mod 719

4: 6814=6812+2=6812⋅6812 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 719

8: 6818=6814+4=6814⋅6814 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 577 mod 719

16: 68116=6818+8=6818⋅6818 ≡ 577⋅577=332929 ≡ 32 mod 719

32: 68132=68116+16=68116⋅68116 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 305 mod 719

64: 68164=68132+32=68132⋅68132 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 274 mod 719

68193

= 68164+16+8+4+1

= 68164⋅68116⋅6818⋅6814⋅6811

≡ 274 ⋅ 32 ⋅ 577 ⋅ 36 ⋅ 681 mod 719
≡ 8768 ⋅ 577 ⋅ 36 ⋅ 681 mod 719 ≡ 140 ⋅ 577 ⋅ 36 ⋅ 681 mod 719
≡ 80780 ⋅ 36 ⋅ 681 mod 719 ≡ 252 ⋅ 36 ⋅ 681 mod 719
≡ 9072 ⋅ 681 mod 719 ≡ 444 ⋅ 681 mod 719
≡ 302364 mod 719 ≡ 384 mod 719

Es gilt also: 68193 ≡ 384 mod 719

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 42

=>71 = 1⋅42 + 29
=>42 = 1⋅29 + 13
=>29 = 2⋅13 + 3
=>13 = 4⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,42)=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= 13-4⋅3
3= 29-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -4⋅(29 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅29 +8⋅ 13)
= -4⋅29 +9⋅ 13 (=1)
13= 42-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅29 +9⋅(42 -1⋅ 29)
= -4⋅29 +9⋅42 -9⋅ 29)
= 9⋅42 -13⋅ 29 (=1)
29= 71-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 9⋅42 -13⋅(71 -1⋅ 42)
= 9⋅42 -13⋅71 +13⋅ 42)
= -13⋅71 +22⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(71,42)=1 = -13⋅71 +22⋅42

oder wenn man -13⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅71 = +22⋅42

Es gilt also: 22⋅42 = 13⋅71 +1

Somit 22⋅42 = 1 mod 71

22 ist also das Inverse von 42 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.