Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (344 + 355) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(344 + 355) mod 7 ≡ (344 mod 7 + 355 mod 7) mod 7.

344 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 344 = 350-6 = 7 ⋅ 50 -6 = 7 ⋅ 50 - 7 + 1.

355 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 355 = 350+5 = 7 ⋅ 50 +5.

Somit gilt:

(344 + 355) mod 7 ≡ (1 + 5) mod 7 ≡ 6 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 80) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(98 ⋅ 80) mod 11 ≡ (98 mod 11 ⋅ 80 mod 11) mod 11.

98 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 88 + 10 = 8 ⋅ 11 + 10 ist.

80 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 77 + 3 = 7 ⋅ 11 + 3 ist.

Somit gilt:

(98 ⋅ 80) mod 11 ≡ (10 ⋅ 3) mod 11 ≡ 30 mod 11 ≡ 8 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 379128 mod 719.

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. 379 -> x
2. mod(x²,719) -> 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: 3791=379

2: 3792=3791+1=3791⋅3791 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 560 mod 719

4: 3794=3792+2=3792⋅3792 ≡ 560⋅560=313600 ≡ 116 mod 719

8: 3798=3794+4=3794⋅3794 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 514 mod 719

16: 37916=3798+8=3798⋅3798 ≡ 514⋅514=264196 ≡ 323 mod 719

32: 37932=37916+16=37916⋅37916 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 74 mod 719

64: 37964=37932+32=37932⋅37932 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 443 mod 719

128: 379128=37964+64=37964⋅37964 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 681 mod 719

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 449133 mod 643.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 133 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 133 an und zerlegen 133 in eine Summer von 2er-Potenzen:

133 = 128+4+1

1: 4491=449

2: 4492=4491+1=4491⋅4491 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 342 mod 643

4: 4494=4492+2=4492⋅4492 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 581 mod 643

8: 4498=4494+4=4494⋅4494 ≡ 581⋅581=337561 ≡ 629 mod 643

16: 44916=4498+8=4498⋅4498 ≡ 629⋅629=395641 ≡ 196 mod 643

32: 44932=44916+16=44916⋅44916 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 479 mod 643

64: 44964=44932+32=44932⋅44932 ≡ 479⋅479=229441 ≡ 533 mod 643

128: 449128=44964+64=44964⋅44964 ≡ 533⋅533=284089 ≡ 526 mod 643

449133

= 449128+4+1

= 449128⋅4494⋅4491

526 ⋅ 581 ⋅ 449 mod 643
305606 ⋅ 449 mod 643 ≡ 181 ⋅ 449 mod 643
81269 mod 643 ≡ 251 mod 643

Es gilt also: 449133 ≡ 251 mod 643

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 31

=>83 = 2⋅31 + 21
=>31 = 1⋅21 + 10
=>21 = 2⋅10 + 1
=>10 = 10⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,31)=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= 21-2⋅10
10= 31-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -2⋅(31 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -2⋅31 +2⋅ 21)
= -2⋅31 +3⋅ 21 (=1)
21= 83-2⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅31 +3⋅(83 -2⋅ 31)
= -2⋅31 +3⋅83 -6⋅ 31)
= 3⋅83 -8⋅ 31 (=1)

Es gilt also: ggt(83,31)=1 = 3⋅83 -8⋅31

oder wenn man 3⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅83 = -8⋅31

-8⋅31 = -3⋅83 + 1 |+83⋅31

-8⋅31 + 83⋅31 = -3⋅83 + 83⋅31 + 1

(-8 + 83) ⋅ 31 = (-3 + 31) ⋅ 83 + 1

75⋅31 = 28⋅83 + 1

Es gilt also: 75⋅31 = 28⋅83 +1

Somit 75⋅31 = 1 mod 83

75 ist also das Inverse von 31 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.