Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2495 - 10000) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2495 - 10000) mod 5 ≡ (2495 mod 5 - 10000 mod 5) mod 5.

2495 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2495 = 2400+95 = 5 ⋅ 480 +95.

10000 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 10000 = 10000+0 = 5 ⋅ 2000 +0.

Somit gilt:

(2495 - 10000) mod 5 ≡ (0 - 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 48) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(54 ⋅ 48) mod 3 ≡ (54 mod 3 ⋅ 48 mod 3) mod 3.

54 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 54 + 0 = 18 ⋅ 3 + 0 ist.

48 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 48 + 0 = 16 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(54 ⋅ 48) mod 3 ≡ (0 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 59464 mod 677.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 594 -> x
2. mod(x²,677) -> 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: 5941=594

2: 5942=5941+1=5941⋅5941 ≡ 594⋅594=352836 ≡ 119 mod 677

4: 5944=5942+2=5942⋅5942 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 621 mod 677

8: 5948=5944+4=5944⋅5944 ≡ 621⋅621=385641 ≡ 428 mod 677

16: 59416=5948+8=5948⋅5948 ≡ 428⋅428=183184 ≡ 394 mod 677

32: 59432=59416+16=59416⋅59416 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 203 mod 677

64: 59464=59432+32=59432⋅59432 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 589 mod 677

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 456167 mod 491.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 167 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 167 an und zerlegen 167 in eine Summer von 2er-Potenzen:

167 = 128+32+4+2+1

1: 4561=456

2: 4562=4561+1=4561⋅4561 ≡ 456⋅456=207936 ≡ 243 mod 491

4: 4564=4562+2=4562⋅4562 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 129 mod 491

8: 4568=4564+4=4564⋅4564 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 438 mod 491

16: 45616=4568+8=4568⋅4568 ≡ 438⋅438=191844 ≡ 354 mod 491

32: 45632=45616+16=45616⋅45616 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 111 mod 491

64: 45664=45632+32=45632⋅45632 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 46 mod 491

128: 456128=45664+64=45664⋅45664 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 152 mod 491

456167

= 456128+32+4+2+1

= 456128⋅45632⋅4564⋅4562⋅4561

152 ⋅ 111 ⋅ 129 ⋅ 243 ⋅ 456 mod 491
16872 ⋅ 129 ⋅ 243 ⋅ 456 mod 491 ≡ 178 ⋅ 129 ⋅ 243 ⋅ 456 mod 491
22962 ⋅ 243 ⋅ 456 mod 491 ≡ 376 ⋅ 243 ⋅ 456 mod 491
91368 ⋅ 456 mod 491 ≡ 42 ⋅ 456 mod 491
19152 mod 491 ≡ 3 mod 491

Es gilt also: 456167 ≡ 3 mod 491

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 41.

Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 41

=>53 = 1⋅41 + 12
=>41 = 3⋅12 + 5
=>12 = 2⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,41)=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= 5-2⋅2
2= 12-2⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5)
= -2⋅12 +5⋅ 5 (=1)
5= 41-3⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅12 +5⋅(41 -3⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅41 -15⋅ 12)
= 5⋅41 -17⋅ 12 (=1)
12= 53-1⋅41 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅41 -17⋅(53 -1⋅ 41)
= 5⋅41 -17⋅53 +17⋅ 41)
= -17⋅53 +22⋅ 41 (=1)

Es gilt also: ggt(53,41)=1 = -17⋅53 +22⋅41

oder wenn man -17⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅53 = +22⋅41

Es gilt also: 22⋅41 = 17⋅53 +1

Somit 22⋅41 = 1 mod 53

22 ist also das Inverse von 41 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.