Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1796 - 11995) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1796 - 11995) mod 6 ≡ (1796 mod 6 - 11995 mod 6) mod 6.

1796 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1796 = 1800-4 = 6 ⋅ 300 -4 = 6 ⋅ 300 - 6 + 2.

11995 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11995 = 12000-5 = 6 ⋅ 2000 -5 = 6 ⋅ 2000 - 6 + 1.

Somit gilt:

(1796 - 11995) mod 6 ≡ (2 - 1) mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (100 ⋅ 99) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(100 ⋅ 99) mod 9 ≡ (100 mod 9 ⋅ 99 mod 9) mod 9.

100 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 99 + 1 = 11 ⋅ 9 + 1 ist.

99 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 99 + 0 = 11 ⋅ 9 + 0 ist.

Somit gilt:

(100 ⋅ 99) mod 9 ≡ (1 ⋅ 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 422128 mod 733.

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. 422 -> 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: 4221=422

2: 4222=4221+1=4221⋅4221 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 698 mod 733

4: 4224=4222+2=4222⋅4222 ≡ 698⋅698=487204 ≡ 492 mod 733

8: 4228=4224+4=4224⋅4224 ≡ 492⋅492=242064 ≡ 174 mod 733

16: 42216=4228+8=4228⋅4228 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 223 mod 733

32: 42232=42216+16=42216⋅42216 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 618 mod 733

64: 42264=42232+32=42232⋅42232 ≡ 618⋅618=381924 ≡ 31 mod 733

128: 422128=42264+64=42264⋅42264 ≡ 31⋅31=961 ≡ 228 mod 733

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 144189 mod 211.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 189 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 189 an und zerlegen 189 in eine Summer von 2er-Potenzen:

189 = 128+32+16+8+4+1

1: 1441=144

2: 1442=1441+1=1441⋅1441 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 58 mod 211

4: 1444=1442+2=1442⋅1442 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 199 mod 211

8: 1448=1444+4=1444⋅1444 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 144 mod 211

16: 14416=1448+8=1448⋅1448 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 58 mod 211

32: 14432=14416+16=14416⋅14416 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 199 mod 211

64: 14464=14432+32=14432⋅14432 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 144 mod 211

128: 144128=14464+64=14464⋅14464 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 58 mod 211

144189

= 144128+32+16+8+4+1

= 144128⋅14432⋅14416⋅1448⋅1444⋅1441

58 ⋅ 199 ⋅ 58 ⋅ 144 ⋅ 199 ⋅ 144 mod 211
11542 ⋅ 58 ⋅ 144 ⋅ 199 ⋅ 144 mod 211 ≡ 148 ⋅ 58 ⋅ 144 ⋅ 199 ⋅ 144 mod 211
8584 ⋅ 144 ⋅ 199 ⋅ 144 mod 211 ≡ 144 ⋅ 144 ⋅ 199 ⋅ 144 mod 211
20736 ⋅ 199 ⋅ 144 mod 211 ≡ 58 ⋅ 199 ⋅ 144 mod 211
11542 ⋅ 144 mod 211 ≡ 148 ⋅ 144 mod 211
21312 mod 211 ≡ 1 mod 211

Es gilt also: 144189 ≡ 1 mod 211

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 43.

Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 43

=>83 = 1⋅43 + 40
=>43 = 1⋅40 + 3
=>40 = 13⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,43)=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= 40-13⋅3
3= 43-1⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅40 -13⋅(43 -1⋅ 40)
= 1⋅40 -13⋅43 +13⋅ 40)
= -13⋅43 +14⋅ 40 (=1)
40= 83-1⋅43 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -13⋅43 +14⋅(83 -1⋅ 43)
= -13⋅43 +14⋅83 -14⋅ 43)
= 14⋅83 -27⋅ 43 (=1)

Es gilt also: ggt(83,43)=1 = 14⋅83 -27⋅43

oder wenn man 14⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -14⋅83 = -27⋅43

-27⋅43 = -14⋅83 + 1 |+83⋅43

-27⋅43 + 83⋅43 = -14⋅83 + 83⋅43 + 1

(-27 + 83) ⋅ 43 = (-14 + 43) ⋅ 83 + 1

56⋅43 = 29⋅83 + 1

Es gilt also: 56⋅43 = 29⋅83 +1

Somit 56⋅43 = 1 mod 83

56 ist also das Inverse von 43 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.