Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (801 + 19998) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(801 + 19998) mod 4 ≡ (801 mod 4 + 19998 mod 4) mod 4.

801 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 801 = 800+1 = 4 ⋅ 200 +1.

19998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19998 = 19000+998 = 4 ⋅ 4750 +998.

Somit gilt:

(801 + 19998) mod 4 ≡ (1 + 2) mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 81) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 81) mod 7 ≡ (58 mod 7 ⋅ 81 mod 7) mod 7.

58 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 8 ⋅ 7 + 2 ist.

81 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 77 + 4 = 11 ⋅ 7 + 4 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 81) mod 7 ≡ (2 ⋅ 4) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 584128 mod 883.

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. 584 -> x
2. mod(x²,883) -> 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: 5841=584

2: 5842=5841+1=5841⋅5841 ≡ 584⋅584=341056 ≡ 218 mod 883

4: 5844=5842+2=5842⋅5842 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 725 mod 883

8: 5848=5844+4=5844⋅5844 ≡ 725⋅725=525625 ≡ 240 mod 883

16: 58416=5848+8=5848⋅5848 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 205 mod 883

32: 58432=58416+16=58416⋅58416 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 524 mod 883

64: 58464=58432+32=58432⋅58432 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 846 mod 883

128: 584128=58464+64=58464⋅58464 ≡ 846⋅846=715716 ≡ 486 mod 883

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 53092 mod 641.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 92 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 92 an und zerlegen 92 in eine Summer von 2er-Potenzen:

92 = 64+16+8+4

1: 5301=530

2: 5302=5301+1=5301⋅5301 ≡ 530⋅530=280900 ≡ 142 mod 641

4: 5304=5302+2=5302⋅5302 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 293 mod 641

8: 5308=5304+4=5304⋅5304 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 596 mod 641

16: 53016=5308+8=5308⋅5308 ≡ 596⋅596=355216 ≡ 102 mod 641

32: 53032=53016+16=53016⋅53016 ≡ 102⋅102=10404 ≡ 148 mod 641

64: 53064=53032+32=53032⋅53032 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 110 mod 641

53092

= 53064+16+8+4

= 53064⋅53016⋅5308⋅5304

110 ⋅ 102 ⋅ 596 ⋅ 293 mod 641
11220 ⋅ 596 ⋅ 293 mod 641 ≡ 323 ⋅ 596 ⋅ 293 mod 641
192508 ⋅ 293 mod 641 ≡ 208 ⋅ 293 mod 641
60944 mod 641 ≡ 49 mod 641

Es gilt also: 53092 ≡ 49 mod 641

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 31

=>101 = 3⋅31 + 8
=>31 = 3⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,31)=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= 8-1⋅7
7= 31-3⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(31 -3⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅31 +3⋅ 8)
= -1⋅31 +4⋅ 8 (=1)
8= 101-3⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅31 +4⋅(101 -3⋅ 31)
= -1⋅31 +4⋅101 -12⋅ 31)
= 4⋅101 -13⋅ 31 (=1)

Es gilt also: ggt(101,31)=1 = 4⋅101 -13⋅31

oder wenn man 4⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅101 = -13⋅31

-13⋅31 = -4⋅101 + 1 |+101⋅31

-13⋅31 + 101⋅31 = -4⋅101 + 101⋅31 + 1

(-13 + 101) ⋅ 31 = (-4 + 31) ⋅ 101 + 1

88⋅31 = 27⋅101 + 1

Es gilt also: 88⋅31 = 27⋅101 +1

Somit 88⋅31 = 1 mod 101

88 ist also das Inverse von 31 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.