Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18003 + 270) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18003 + 270) mod 9 ≡ (18003 mod 9 + 270 mod 9) mod 9.

18003 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18003 = 18000+3 = 9 ⋅ 2000 +3.

270 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 270 = 270+0 = 9 ⋅ 30 +0.

Somit gilt:

(18003 + 270) mod 9 ≡ (3 + 0) mod 9 ≡ 3 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 16) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(73 ⋅ 16) mod 6 ≡ (73 mod 6 ⋅ 16 mod 6) mod 6.

73 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 12 ⋅ 6 + 1 ist.

16 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 12 + 4 = 2 ⋅ 6 + 4 ist.

Somit gilt:

(73 ⋅ 16) mod 6 ≡ (1 ⋅ 4) mod 6 ≡ 4 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 132128 mod 277.

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. 132 -> x
2. mod(x²,277) -> 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: 1321=132

2: 1322=1321+1=1321⋅1321 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 250 mod 277

4: 1324=1322+2=1322⋅1322 ≡ 250⋅250=62500 ≡ 175 mod 277

8: 1328=1324+4=1324⋅1324 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 155 mod 277

16: 13216=1328+8=1328⋅1328 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 203 mod 277

32: 13232=13216+16=13216⋅13216 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 213 mod 277

64: 13264=13232+32=13232⋅13232 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 218 mod 277

128: 132128=13264+64=13264⋅13264 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 157 mod 277

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 211231 mod 557.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 231 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 231 an und zerlegen 231 in eine Summer von 2er-Potenzen:

231 = 128+64+32+4+2+1

1: 2111=211

2: 2112=2111+1=2111⋅2111 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 518 mod 557

4: 2114=2112+2=2112⋅2112 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 407 mod 557

8: 2118=2114+4=2114⋅2114 ≡ 407⋅407=165649 ≡ 220 mod 557

16: 21116=2118+8=2118⋅2118 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 498 mod 557

32: 21132=21116+16=21116⋅21116 ≡ 498⋅498=248004 ≡ 139 mod 557

64: 21164=21132+32=21132⋅21132 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 383 mod 557

128: 211128=21164+64=21164⋅21164 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 198 mod 557

211231

= 211128+64+32+4+2+1

= 211128⋅21164⋅21132⋅2114⋅2112⋅2111

198 ⋅ 383 ⋅ 139 ⋅ 407 ⋅ 518 ⋅ 211 mod 557
75834 ⋅ 139 ⋅ 407 ⋅ 518 ⋅ 211 mod 557 ≡ 82 ⋅ 139 ⋅ 407 ⋅ 518 ⋅ 211 mod 557
11398 ⋅ 407 ⋅ 518 ⋅ 211 mod 557 ≡ 258 ⋅ 407 ⋅ 518 ⋅ 211 mod 557
105006 ⋅ 518 ⋅ 211 mod 557 ≡ 290 ⋅ 518 ⋅ 211 mod 557
150220 ⋅ 211 mod 557 ≡ 387 ⋅ 211 mod 557
81657 mod 557 ≡ 335 mod 557

Es gilt also: 211231 ≡ 335 mod 557

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 38

=>83 = 2⋅38 + 7
=>38 = 5⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,38)=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= 7-2⋅3
3= 38-5⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(38 -5⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅38 +10⋅ 7)
= -2⋅38 +11⋅ 7 (=1)
7= 83-2⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅38 +11⋅(83 -2⋅ 38)
= -2⋅38 +11⋅83 -22⋅ 38)
= 11⋅83 -24⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(83,38)=1 = 11⋅83 -24⋅38

oder wenn man 11⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅83 = -24⋅38

-24⋅38 = -11⋅83 + 1 |+83⋅38

-24⋅38 + 83⋅38 = -11⋅83 + 83⋅38 + 1

(-24 + 83) ⋅ 38 = (-11 + 38) ⋅ 83 + 1

59⋅38 = 27⋅83 + 1

Es gilt also: 59⋅38 = 27⋅83 +1

Somit 59⋅38 = 1 mod 83

59 ist also das Inverse von 38 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.