Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (12000 - 1497) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(12000 - 1497) mod 3 ≡ (12000 mod 3 - 1497 mod 3) mod 3.

12000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000 = 12000+0 = 3 ⋅ 4000 +0.

1497 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1497 = 1500-3 = 3 ⋅ 500 -3 = 3 ⋅ 500 - 3 + 0.

Somit gilt:

(12000 - 1497) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (78 ⋅ 98) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(78 ⋅ 98) mod 3 ≡ (78 mod 3 ⋅ 98 mod 3) mod 3.

78 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 78 + 0 = 26 ⋅ 3 + 0 ist.

98 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 32 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(78 ⋅ 98) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 503128 mod 797.

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. 503 -> x
2. mod(x²,797) -> 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: 5031=503

2: 5032=5031+1=5031⋅5031 ≡ 503⋅503=253009 ≡ 360 mod 797

4: 5034=5032+2=5032⋅5032 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 486 mod 797

8: 5038=5034+4=5034⋅5034 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 284 mod 797

16: 50316=5038+8=5038⋅5038 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 159 mod 797

32: 50332=50316+16=50316⋅50316 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 574 mod 797

64: 50364=50332+32=50332⋅50332 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 315 mod 797

128: 503128=50364+64=50364⋅50364 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 397 mod 797

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 306151 mod 683.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 151 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 151 an und zerlegen 151 in eine Summer von 2er-Potenzen:

151 = 128+16+4+2+1

1: 3061=306

2: 3062=3061+1=3061⋅3061 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 65 mod 683

4: 3064=3062+2=3062⋅3062 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 127 mod 683

8: 3068=3064+4=3064⋅3064 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 420 mod 683

16: 30616=3068+8=3068⋅3068 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 186 mod 683

32: 30632=30616+16=30616⋅30616 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 446 mod 683

64: 30664=30632+32=30632⋅30632 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 163 mod 683

128: 306128=30664+64=30664⋅30664 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 615 mod 683

306151

= 306128+16+4+2+1

= 306128⋅30616⋅3064⋅3062⋅3061

≡ 615 ⋅ 186 ⋅ 127 ⋅ 65 ⋅ 306 mod 683
≡ 114390 ⋅ 127 ⋅ 65 ⋅ 306 mod 683 ≡ 329 ⋅ 127 ⋅ 65 ⋅ 306 mod 683
≡ 41783 ⋅ 65 ⋅ 306 mod 683 ≡ 120 ⋅ 65 ⋅ 306 mod 683
≡ 7800 ⋅ 306 mod 683 ≡ 287 ⋅ 306 mod 683
≡ 87822 mod 683 ≡ 398 mod 683

Es gilt also: 306151 ≡ 398 mod 683

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 35

=>89 = 2⋅35 + 19
=>35 = 1⋅19 + 16
=>19 = 1⋅16 + 3
=>16 = 5⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,35)=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= 35-1⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅19 +6⋅(35 -1⋅ 19)
= -5⋅19 +6⋅35 -6⋅ 19)
= 6⋅35 -11⋅ 19 (=1)
19= 89-2⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅35 -11⋅(89 -2⋅ 35)
= 6⋅35 -11⋅89 +22⋅ 35)
= -11⋅89 +28⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(89,35)=1 = -11⋅89 +28⋅35

oder wenn man -11⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅89 = +28⋅35

Es gilt also: 28⋅35 = 11⋅89 +1

Somit 28⋅35 = 1 mod 89

28 ist also das Inverse von 35 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.