Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15997 + 1203) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15997 + 1203) mod 4 ≡ (15997 mod 4 + 1203 mod 4) mod 4.

15997 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15997 = 15000+997 = 4 ⋅ 3750 +997.

1203 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1203 = 1200+3 = 4 ⋅ 300 +3.

Somit gilt:

(15997 + 1203) mod 4 ≡ (1 + 3) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 34) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(46 ⋅ 34) mod 3 ≡ (46 mod 3 ⋅ 34 mod 3) mod 3.

46 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 15 ⋅ 3 + 1 ist.

34 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 33 + 1 = 11 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(46 ⋅ 34) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 37664 mod 509.

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. 376 -> x
2. mod(x²,509) -> 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: 3761=376

2: 3762=3761+1=3761⋅3761 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 383 mod 509

4: 3764=3762+2=3762⋅3762 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 97 mod 509

8: 3768=3764+4=3764⋅3764 ≡ 97⋅97=9409 ≡ 247 mod 509

16: 37616=3768+8=3768⋅3768 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 438 mod 509

32: 37632=37616+16=37616⋅37616 ≡ 438⋅438=191844 ≡ 460 mod 509

64: 37664=37632+32=37632⋅37632 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 365 mod 509

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 274174 mod 443.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 174 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 174 an und zerlegen 174 in eine Summer von 2er-Potenzen:

174 = 128+32+8+4+2

1: 2741=274

2: 2742=2741+1=2741⋅2741 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 209 mod 443

4: 2744=2742+2=2742⋅2742 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 267 mod 443

8: 2748=2744+4=2744⋅2744 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 409 mod 443

16: 27416=2748+8=2748⋅2748 ≡ 409⋅409=167281 ≡ 270 mod 443

32: 27432=27416+16=27416⋅27416 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 248 mod 443

64: 27464=27432+32=27432⋅27432 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 370 mod 443

128: 274128=27464+64=27464⋅27464 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 13 mod 443

274174

= 274128+32+8+4+2

= 274128⋅27432⋅2748⋅2744⋅2742

13 ⋅ 248 ⋅ 409 ⋅ 267 ⋅ 209 mod 443
3224 ⋅ 409 ⋅ 267 ⋅ 209 mod 443 ≡ 123 ⋅ 409 ⋅ 267 ⋅ 209 mod 443
50307 ⋅ 267 ⋅ 209 mod 443 ≡ 248 ⋅ 267 ⋅ 209 mod 443
66216 ⋅ 209 mod 443 ≡ 209 ⋅ 209 mod 443
43681 mod 443 ≡ 267 mod 443

Es gilt also: 274174 ≡ 267 mod 443

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 31

=>73 = 2⋅31 + 11
=>31 = 2⋅11 + 9
=>11 = 1⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,31)=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= 9-4⋅2
2= 11-1⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(11 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅11 +4⋅ 9)
= -4⋅11 +5⋅ 9 (=1)
9= 31-2⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅11 +5⋅(31 -2⋅ 11)
= -4⋅11 +5⋅31 -10⋅ 11)
= 5⋅31 -14⋅ 11 (=1)
11= 73-2⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅31 -14⋅(73 -2⋅ 31)
= 5⋅31 -14⋅73 +28⋅ 31)
= -14⋅73 +33⋅ 31 (=1)

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

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

1 +14⋅73 = +33⋅31

Es gilt also: 33⋅31 = 14⋅73 +1

Somit 33⋅31 = 1 mod 73

33 ist also das Inverse von 31 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.