Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1401 - 34997) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1401 - 34997) mod 7 ≡ (1401 mod 7 - 34997 mod 7) mod 7.

1401 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1401 = 1400+1 = 7 ⋅ 200 +1.

34997 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34997 = 35000-3 = 7 ⋅ 5000 -3 = 7 ⋅ 5000 - 7 + 4.

Somit gilt:

(1401 - 34997) mod 7 ≡ (1 - 4) mod 7 ≡ -3 mod 7 ≡ 4 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (25 ⋅ 33) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(25 ⋅ 33) mod 9 ≡ (25 mod 9 ⋅ 33 mod 9) mod 9.

25 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 18 + 7 = 2 ⋅ 9 + 7 ist.

33 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 27 + 6 = 3 ⋅ 9 + 6 ist.

Somit gilt:

(25 ⋅ 33) mod 9 ≡ (7 ⋅ 6) mod 9 ≡ 42 mod 9 ≡ 6 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 111128 mod 239.

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. 111 -> x
2. mod(x²,239) -> 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: 1111=111

2: 1112=1111+1=1111⋅1111 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 132 mod 239

4: 1114=1112+2=1112⋅1112 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 216 mod 239

8: 1118=1114+4=1114⋅1114 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 51 mod 239

16: 11116=1118+8=1118⋅1118 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 211 mod 239

32: 11132=11116+16=11116⋅11116 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 67 mod 239

64: 11164=11132+32=11132⋅11132 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 187 mod 239

128: 111128=11164+64=11164⋅11164 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 75 mod 239

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 25185 mod 271.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 85 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 85 an und zerlegen 85 in eine Summer von 2er-Potenzen:

85 = 64+16+4+1

1: 2511=251

2: 2512=2511+1=2511⋅2511 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 129 mod 271

4: 2514=2512+2=2512⋅2512 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 110 mod 271

8: 2518=2514+4=2514⋅2514 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 176 mod 271

16: 25116=2518+8=2518⋅2518 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 82 mod 271

32: 25132=25116+16=25116⋅25116 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 220 mod 271

64: 25164=25132+32=25132⋅25132 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 162 mod 271

25185

= 25164+16+4+1

= 25164⋅25116⋅2514⋅2511

162 ⋅ 82 ⋅ 110 ⋅ 251 mod 271
13284 ⋅ 110 ⋅ 251 mod 271 ≡ 5 ⋅ 110 ⋅ 251 mod 271
550 ⋅ 251 mod 271 ≡ 8 ⋅ 251 mod 271
2008 mod 271 ≡ 111 mod 271

Es gilt also: 25185 ≡ 111 mod 271

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 78.

Also bestimme x, so dass 78 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 78

=>83 = 1⋅78 + 5
=>78 = 15⋅5 + 3
=>5 = 1⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,78)=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= 3-1⋅2
2= 5-1⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(5 -1⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅5 +1⋅ 3)
= -1⋅5 +2⋅ 3 (=1)
3= 78-15⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅5 +2⋅(78 -15⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅78 -30⋅ 5)
= 2⋅78 -31⋅ 5 (=1)
5= 83-1⋅78 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅78 -31⋅(83 -1⋅ 78)
= 2⋅78 -31⋅83 +31⋅ 78)
= -31⋅83 +33⋅ 78 (=1)

Es gilt also: ggt(83,78)=1 = -31⋅83 +33⋅78

oder wenn man -31⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +31⋅83 = +33⋅78

Es gilt also: 33⋅78 = 31⋅83 +1

Somit 33⋅78 = 1 mod 83

33 ist also das Inverse von 78 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.