Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (72 - 801) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(72 - 801) mod 8 ≡ (72 mod 8 - 801 mod 8) mod 8.

72 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 80-8 = 8 ⋅ 10 -8 = 8 ⋅ 10 - 8 + 0.

801 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 801 = 800+1 = 8 ⋅ 100 +1.

Somit gilt:

(72 - 801) mod 8 ≡ (0 - 1) mod 8 ≡ -1 mod 8 ≡ 7 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (60 ⋅ 97) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(60 ⋅ 97) mod 8 ≡ (60 mod 8 ⋅ 97 mod 8) mod 8.

60 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 56 + 4 = 7 ⋅ 8 + 4 ist.

97 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 96 + 1 = 12 ⋅ 8 + 1 ist.

Somit gilt:

(60 ⋅ 97) mod 8 ≡ (4 ⋅ 1) mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 84764 mod 907.

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. 847 -> x
2. mod(x²,907) -> 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: 8471=847

2: 8472=8471+1=8471⋅8471 ≡ 847⋅847=717409 ≡ 879 mod 907

4: 8474=8472+2=8472⋅8472 ≡ 879⋅879=772641 ≡ 784 mod 907

8: 8478=8474+4=8474⋅8474 ≡ 784⋅784=614656 ≡ 617 mod 907

16: 84716=8478+8=8478⋅8478 ≡ 617⋅617=380689 ≡ 656 mod 907

32: 84732=84716+16=84716⋅84716 ≡ 656⋅656=430336 ≡ 418 mod 907

64: 84764=84732+32=84732⋅84732 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 580 mod 907

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 206201 mod 677.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 201 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 201 an und zerlegen 201 in eine Summer von 2er-Potenzen:

201 = 128+64+8+1

1: 2061=206

2: 2062=2061+1=2061⋅2061 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 462 mod 677

4: 2064=2062+2=2062⋅2062 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 189 mod 677

8: 2068=2064+4=2064⋅2064 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 517 mod 677

16: 20616=2068+8=2068⋅2068 ≡ 517⋅517=267289 ≡ 551 mod 677

32: 20632=20616+16=20616⋅20616 ≡ 551⋅551=303601 ≡ 305 mod 677

64: 20664=20632+32=20632⋅20632 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 276 mod 677

128: 206128=20664+64=20664⋅20664 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 352 mod 677

206201

= 206128+64+8+1

= 206128⋅20664⋅2068⋅2061

352 ⋅ 276 ⋅ 517 ⋅ 206 mod 677
97152 ⋅ 517 ⋅ 206 mod 677 ≡ 341 ⋅ 517 ⋅ 206 mod 677
176297 ⋅ 206 mod 677 ≡ 277 ⋅ 206 mod 677
57062 mod 677 ≡ 194 mod 677

Es gilt also: 206201 ≡ 194 mod 677

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 54

=>73 = 1⋅54 + 19
=>54 = 2⋅19 + 16
=>19 = 1⋅16 + 3
=>16 = 5⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,54)=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= 16-5⋅3
3= 19-1⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -5⋅(19 -1⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅19 +5⋅ 16)
= -5⋅19 +6⋅ 16 (=1)
16= 54-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅19 +6⋅(54 -2⋅ 19)
= -5⋅19 +6⋅54 -12⋅ 19)
= 6⋅54 -17⋅ 19 (=1)
19= 73-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅54 -17⋅(73 -1⋅ 54)
= 6⋅54 -17⋅73 +17⋅ 54)
= -17⋅73 +23⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(73,54)=1 = -17⋅73 +23⋅54

oder wenn man -17⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅73 = +23⋅54

Es gilt also: 23⋅54 = 17⋅73 +1

Somit 23⋅54 = 1 mod 73

23 ist also das Inverse von 54 mod 73

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.