Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (8001 + 160) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(8001 + 160) mod 4 ≡ (8001 mod 4 + 160 mod 4) mod 4.

8001 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8001 = 8000+1 = 4 ⋅ 2000 +1.

160 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 160 = 160+0 = 4 ⋅ 40 +0.

Somit gilt:

(8001 + 160) mod 4 ≡ (1 + 0) mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (66 ⋅ 53) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(66 ⋅ 53) mod 5 ≡ (66 mod 5 ⋅ 53 mod 5) mod 5.

66 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 65 + 1 = 13 ⋅ 5 + 1 ist.

53 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 50 + 3 = 10 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(66 ⋅ 53) mod 5 ≡ (1 ⋅ 3) mod 5 ≡ 3 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 2478 mod 257.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 247 -> x
2. mod(x²,257) -> 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: 2471=247

2: 2472=2471+1=2471⋅2471 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 100 mod 257

4: 2474=2472+2=2472⋅2472 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 234 mod 257

8: 2478=2474+4=2474⋅2474 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 15 mod 257

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 940238 mod 977.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 238 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 238 an und zerlegen 238 in eine Summer von 2er-Potenzen:

238 = 128+64+32+8+4+2

1: 9401=940

2: 9402=9401+1=9401⋅9401 ≡ 940⋅940=883600 ≡ 392 mod 977

4: 9404=9402+2=9402⋅9402 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 275 mod 977

8: 9408=9404+4=9404⋅9404 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 396 mod 977

16: 94016=9408+8=9408⋅9408 ≡ 396⋅396=156816 ≡ 496 mod 977

32: 94032=94016+16=94016⋅94016 ≡ 496⋅496=246016 ≡ 789 mod 977

64: 94064=94032+32=94032⋅94032 ≡ 789⋅789=622521 ≡ 172 mod 977

128: 940128=94064+64=94064⋅94064 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 274 mod 977

940238

= 940128+64+32+8+4+2

= 940128⋅94064⋅94032⋅9408⋅9404⋅9402

274 ⋅ 172 ⋅ 789 ⋅ 396 ⋅ 275 ⋅ 392 mod 977
47128 ⋅ 789 ⋅ 396 ⋅ 275 ⋅ 392 mod 977 ≡ 232 ⋅ 789 ⋅ 396 ⋅ 275 ⋅ 392 mod 977
183048 ⋅ 396 ⋅ 275 ⋅ 392 mod 977 ≡ 349 ⋅ 396 ⋅ 275 ⋅ 392 mod 977
138204 ⋅ 275 ⋅ 392 mod 977 ≡ 447 ⋅ 275 ⋅ 392 mod 977
122925 ⋅ 392 mod 977 ≡ 800 ⋅ 392 mod 977
313600 mod 977 ≡ 960 mod 977

Es gilt also: 940238 ≡ 960 mod 977

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 55.

Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 55

=>71 = 1⋅55 + 16
=>55 = 3⋅16 + 7
=>16 = 2⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,55)=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= 7-3⋅2
2= 16-2⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(16 -2⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅16 +6⋅ 7)
= -3⋅16 +7⋅ 7 (=1)
7= 55-3⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅16 +7⋅(55 -3⋅ 16)
= -3⋅16 +7⋅55 -21⋅ 16)
= 7⋅55 -24⋅ 16 (=1)
16= 71-1⋅55 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅55 -24⋅(71 -1⋅ 55)
= 7⋅55 -24⋅71 +24⋅ 55)
= -24⋅71 +31⋅ 55 (=1)

Es gilt also: ggt(71,55)=1 = -24⋅71 +31⋅55

oder wenn man -24⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +24⋅71 = +31⋅55

Es gilt also: 31⋅55 = 24⋅71 +1

Somit 31⋅55 = 1 mod 71

31 ist also das Inverse von 55 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.