Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (306 + 12002) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(306 + 12002) mod 6 ≡ (306 mod 6 + 12002 mod 6) mod 6.

306 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 306 = 300+6 = 6 ⋅ 50 +6.

12002 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12002 = 12000+2 = 6 ⋅ 2000 +2.

Somit gilt:

(306 + 12002) mod 6 ≡ (0 + 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 53) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 53) mod 5 ≡ (58 mod 5 ⋅ 53 mod 5) mod 5.

58 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 55 + 3 = 11 ⋅ 5 + 3 ist.

53 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 50 + 3 = 10 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 53) mod 5 ≡ (3 ⋅ 3) mod 5 ≡ 9 mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 43516 mod 733.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 435 -> x
2. mod(x²,733) -> 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: 4351=435

2: 4352=4351+1=4351⋅4351 ≡ 435⋅435=189225 ≡ 111 mod 733

4: 4354=4352+2=4352⋅4352 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 593 mod 733

8: 4358=4354+4=4354⋅4354 ≡ 593⋅593=351649 ≡ 542 mod 733

16: 43516=4358+8=4358⋅4358 ≡ 542⋅542=293764 ≡ 564 mod 733

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 416255 mod 827.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 255 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 255 an und zerlegen 255 in eine Summer von 2er-Potenzen:

255 = 128+64+32+16+8+4+2+1

1: 4161=416

2: 4162=4161+1=4161⋅4161 ≡ 416⋅416=173056 ≡ 213 mod 827

4: 4164=4162+2=4162⋅4162 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 711 mod 827

8: 4168=4164+4=4164⋅4164 ≡ 711⋅711=505521 ≡ 224 mod 827

16: 41616=4168+8=4168⋅4168 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 556 mod 827

32: 41632=41616+16=41616⋅41616 ≡ 556⋅556=309136 ≡ 665 mod 827

64: 41664=41632+32=41632⋅41632 ≡ 665⋅665=442225 ≡ 607 mod 827

128: 416128=41664+64=41664⋅41664 ≡ 607⋅607=368449 ≡ 434 mod 827

416255

= 416128+64+32+16+8+4+2+1

= 416128⋅41664⋅41632⋅41616⋅4168⋅4164⋅4162⋅4161

434 ⋅ 607 ⋅ 665 ⋅ 556 ⋅ 224 ⋅ 711 ⋅ 213 ⋅ 416 mod 827
263438 ⋅ 665 ⋅ 556 ⋅ 224 ⋅ 711 ⋅ 213 ⋅ 416 mod 827 ≡ 452 ⋅ 665 ⋅ 556 ⋅ 224 ⋅ 711 ⋅ 213 ⋅ 416 mod 827
300580 ⋅ 556 ⋅ 224 ⋅ 711 ⋅ 213 ⋅ 416 mod 827 ≡ 379 ⋅ 556 ⋅ 224 ⋅ 711 ⋅ 213 ⋅ 416 mod 827
210724 ⋅ 224 ⋅ 711 ⋅ 213 ⋅ 416 mod 827 ≡ 666 ⋅ 224 ⋅ 711 ⋅ 213 ⋅ 416 mod 827
149184 ⋅ 711 ⋅ 213 ⋅ 416 mod 827 ≡ 324 ⋅ 711 ⋅ 213 ⋅ 416 mod 827
230364 ⋅ 213 ⋅ 416 mod 827 ≡ 458 ⋅ 213 ⋅ 416 mod 827
97554 ⋅ 416 mod 827 ≡ 795 ⋅ 416 mod 827
330720 mod 827 ≡ 747 mod 827

Es gilt also: 416255 ≡ 747 mod 827

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 59.

Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 59

=>73 = 1⋅59 + 14
=>59 = 4⋅14 + 3
=>14 = 4⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,59)=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= 14-4⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(14 -4⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅14 +4⋅ 3)
= -1⋅14 +5⋅ 3 (=1)
3= 59-4⋅14 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅14 +5⋅(59 -4⋅ 14)
= -1⋅14 +5⋅59 -20⋅ 14)
= 5⋅59 -21⋅ 14 (=1)
14= 73-1⋅59 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅59 -21⋅(73 -1⋅ 59)
= 5⋅59 -21⋅73 +21⋅ 59)
= -21⋅73 +26⋅ 59 (=1)

Es gilt also: ggt(73,59)=1 = -21⋅73 +26⋅59

oder wenn man -21⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +21⋅73 = +26⋅59

Es gilt also: 26⋅59 = 21⋅73 +1

Somit 26⋅59 = 1 mod 73

26 ist also das Inverse von 59 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.