Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1497 + 8998) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1497 + 8998) mod 3 ≡ (1497 mod 3 + 8998 mod 3) mod 3.

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

8998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8998 = 9000-2 = 3 ⋅ 3000 -2 = 3 ⋅ 3000 - 3 + 1.

Somit gilt:

(1497 + 8998) mod 3 ≡ (0 + 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 39) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(74 ⋅ 39) mod 8 ≡ (74 mod 8 ⋅ 39 mod 8) mod 8.

74 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 9 ⋅ 8 + 2 ist.

39 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 32 + 7 = 4 ⋅ 8 + 7 ist.

Somit gilt:

(74 ⋅ 39) mod 8 ≡ (2 ⋅ 7) mod 8 ≡ 14 mod 8 ≡ 6 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 215128 mod 631.

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. 215 -> x
2. mod(x²,631) -> 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: 2151=215

2: 2152=2151+1=2151⋅2151 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 162 mod 631

4: 2154=2152+2=2152⋅2152 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 373 mod 631

8: 2158=2154+4=2154⋅2154 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 309 mod 631

16: 21516=2158+8=2158⋅2158 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 200 mod 631

32: 21532=21516+16=21516⋅21516 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 247 mod 631

64: 21564=21532+32=21532⋅21532 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 433 mod 631

128: 215128=21564+64=21564⋅21564 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 82 mod 631

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 12289 mod 269.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 89 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 89 an und zerlegen 89 in eine Summer von 2er-Potenzen:

89 = 64+16+8+1

1: 1221=122

2: 1222=1221+1=1221⋅1221 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 89 mod 269

4: 1224=1222+2=1222⋅1222 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 120 mod 269

8: 1228=1224+4=1224⋅1224 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 143 mod 269

16: 12216=1228+8=1228⋅1228 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 5 mod 269

32: 12232=12216+16=12216⋅12216 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 269

64: 12264=12232+32=12232⋅12232 ≡ 25⋅25=625 ≡ 87 mod 269

12289

= 12264+16+8+1

= 12264⋅12216⋅1228⋅1221

≡ 87 ⋅ 5 ⋅ 143 ⋅ 122 mod 269
≡ 435 ⋅ 143 ⋅ 122 mod 269 ≡ 166 ⋅ 143 ⋅ 122 mod 269
≡ 23738 ⋅ 122 mod 269 ≡ 66 ⋅ 122 mod 269
≡ 8052 mod 269 ≡ 251 mod 269

Es gilt also: 12289 ≡ 251 mod 269

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 20.

Also bestimme x, so dass 20 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 20

=>53 = 2⋅20 + 13
=>20 = 1⋅13 + 7
=>13 = 1⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,20)=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= 7-1⋅6
6= 13-1⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(13 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅13 +1⋅ 7)
= -1⋅13 +2⋅ 7 (=1)
7= 20-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅13 +2⋅(20 -1⋅ 13)
= -1⋅13 +2⋅20 -2⋅ 13)
= 2⋅20 -3⋅ 13 (=1)
13= 53-2⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅20 -3⋅(53 -2⋅ 20)
= 2⋅20 -3⋅53 +6⋅ 20)
= -3⋅53 +8⋅ 20 (=1)

Es gilt also: ggt(53,20)=1 = -3⋅53 +8⋅20

oder wenn man -3⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +3⋅53 = +8⋅20

Es gilt also: 8⋅20 = 3⋅53 +1

Somit 8⋅20 = 1 mod 53

8 ist also das Inverse von 20 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.