Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1503 - 900) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1503 - 900) mod 3 ≡ (1503 mod 3 - 900 mod 3) mod 3.

1503 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1503 = 1500+3 = 3 ⋅ 500 +3.

900 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 900 = 900+0 = 3 ⋅ 300 +0.

Somit gilt:

(1503 - 900) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (56 ⋅ 79) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(56 ⋅ 79) mod 11 ≡ (56 mod 11 ⋅ 79 mod 11) mod 11.

56 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 55 + 1 = 5 ⋅ 11 + 1 ist.

79 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 77 + 2 = 7 ⋅ 11 + 2 ist.

Somit gilt:

(56 ⋅ 79) mod 11 ≡ (1 ⋅ 2) mod 11 ≡ 2 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 359128 mod 727.

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. 359 -> x
2. mod(x²,727) -> 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: 3591=359

2: 3592=3591+1=3591⋅3591 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 202 mod 727

4: 3594=3592+2=3592⋅3592 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 92 mod 727

8: 3598=3594+4=3594⋅3594 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 467 mod 727

16: 35916=3598+8=3598⋅3598 ≡ 467⋅467=218089 ≡ 716 mod 727

32: 35932=35916+16=35916⋅35916 ≡ 716⋅716=512656 ≡ 121 mod 727

64: 35964=35932+32=35932⋅35932 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 101 mod 727

128: 359128=35964+64=35964⋅35964 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 23 mod 727

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 244111 mod 443.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 111 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 111 an und zerlegen 111 in eine Summer von 2er-Potenzen:

111 = 64+32+8+4+2+1

1: 2441=244

2: 2442=2441+1=2441⋅2441 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 174 mod 443

4: 2444=2442+2=2442⋅2442 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 152 mod 443

8: 2448=2444+4=2444⋅2444 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 68 mod 443

16: 24416=2448+8=2448⋅2448 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 194 mod 443

32: 24432=24416+16=24416⋅24416 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 424 mod 443

64: 24464=24432+32=24432⋅24432 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 361 mod 443

244111

= 24464+32+8+4+2+1

= 24464⋅24432⋅2448⋅2444⋅2442⋅2441

361 ⋅ 424 ⋅ 68 ⋅ 152 ⋅ 174 ⋅ 244 mod 443
153064 ⋅ 68 ⋅ 152 ⋅ 174 ⋅ 244 mod 443 ≡ 229 ⋅ 68 ⋅ 152 ⋅ 174 ⋅ 244 mod 443
15572 ⋅ 152 ⋅ 174 ⋅ 244 mod 443 ≡ 67 ⋅ 152 ⋅ 174 ⋅ 244 mod 443
10184 ⋅ 174 ⋅ 244 mod 443 ≡ 438 ⋅ 174 ⋅ 244 mod 443
76212 ⋅ 244 mod 443 ≡ 16 ⋅ 244 mod 443
3904 mod 443 ≡ 360 mod 443

Es gilt also: 244111 ≡ 360 mod 443

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 80.

Also bestimme x, so dass 80 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 80

=>83 = 1⋅80 + 3
=>80 = 26⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,80)=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= 80-26⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(80 -26⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅80 +26⋅ 3)
= -1⋅80 +27⋅ 3 (=1)
3= 83-1⋅80 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅80 +27⋅(83 -1⋅ 80)
= -1⋅80 +27⋅83 -27⋅ 80)
= 27⋅83 -28⋅ 80 (=1)

Es gilt also: ggt(83,80)=1 = 27⋅83 -28⋅80

oder wenn man 27⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -27⋅83 = -28⋅80

-28⋅80 = -27⋅83 + 1 |+83⋅80

-28⋅80 + 83⋅80 = -27⋅83 + 83⋅80 + 1

(-28 + 83) ⋅ 80 = (-27 + 80) ⋅ 83 + 1

55⋅80 = 53⋅83 + 1

Es gilt also: 55⋅80 = 53⋅83 +1

Somit 55⋅80 = 1 mod 83

55 ist also das Inverse von 80 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.