Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1403 - 21004) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1403 - 21004) mod 7 ≡ (1403 mod 7 - 21004 mod 7) mod 7.

1403 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1403 = 1400+3 = 7 ⋅ 200 +3.

21004 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21004 = 21000+4 = 7 ⋅ 3000 +4.

Somit gilt:

(1403 - 21004) mod 7 ≡ (3 - 4) mod 7 ≡ -1 mod 7 ≡ 6 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 53) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(93 ⋅ 53) mod 9 ≡ (93 mod 9 ⋅ 53 mod 9) mod 9.

93 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 10 ⋅ 9 + 3 ist.

53 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 45 + 8 = 5 ⋅ 9 + 8 ist.

Somit gilt:

(93 ⋅ 53) mod 9 ≡ (3 ⋅ 8) mod 9 ≡ 24 mod 9 ≡ 6 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 49232 mod 647.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 492 -> x
2. mod(x²,647) -> 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: 4921=492

2: 4922=4921+1=4921⋅4921 ≡ 492⋅492=242064 ≡ 86 mod 647

4: 4924=4922+2=4922⋅4922 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 279 mod 647

8: 4928=4924+4=4924⋅4924 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 201 mod 647

16: 49216=4928+8=4928⋅4928 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 287 mod 647

32: 49232=49216+16=49216⋅49216 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 200 mod 647

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 266220 mod 281.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 220 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 220 an und zerlegen 220 in eine Summer von 2er-Potenzen:

220 = 128+64+16+8+4

1: 2661=266

2: 2662=2661+1=2661⋅2661 ≡ 266⋅266=70756 ≡ 225 mod 281

4: 2664=2662+2=2662⋅2662 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 45 mod 281

8: 2668=2664+4=2664⋅2664 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 58 mod 281

16: 26616=2668+8=2668⋅2668 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 273 mod 281

32: 26632=26616+16=26616⋅26616 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 64 mod 281

64: 26664=26632+32=26632⋅26632 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 162 mod 281

128: 266128=26664+64=26664⋅26664 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 111 mod 281

266220

= 266128+64+16+8+4

= 266128⋅26664⋅26616⋅2668⋅2664

111 ⋅ 162 ⋅ 273 ⋅ 58 ⋅ 45 mod 281
17982 ⋅ 273 ⋅ 58 ⋅ 45 mod 281 ≡ 279 ⋅ 273 ⋅ 58 ⋅ 45 mod 281
76167 ⋅ 58 ⋅ 45 mod 281 ≡ 16 ⋅ 58 ⋅ 45 mod 281
928 ⋅ 45 mod 281 ≡ 85 ⋅ 45 mod 281
3825 mod 281 ≡ 172 mod 281

Es gilt also: 266220 ≡ 172 mod 281

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 64.

Also bestimme x, so dass 64 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 64

=>79 = 1⋅64 + 15
=>64 = 4⋅15 + 4
=>15 = 3⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,64)=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= 4-1⋅3
3= 15-3⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(15 -3⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅15 +3⋅ 4)
= -1⋅15 +4⋅ 4 (=1)
4= 64-4⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅15 +4⋅(64 -4⋅ 15)
= -1⋅15 +4⋅64 -16⋅ 15)
= 4⋅64 -17⋅ 15 (=1)
15= 79-1⋅64 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅64 -17⋅(79 -1⋅ 64)
= 4⋅64 -17⋅79 +17⋅ 64)
= -17⋅79 +21⋅ 64 (=1)

Es gilt also: ggt(79,64)=1 = -17⋅79 +21⋅64

oder wenn man -17⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅79 = +21⋅64

Es gilt also: 21⋅64 = 17⋅79 +1

Somit 21⋅64 = 1 mod 79

21 ist also das Inverse von 64 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.