Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2795 + 700) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2795 + 700) mod 7 ≡ (2795 mod 7 + 700 mod 7) mod 7.

2795 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2795 = 2800-5 = 7 ⋅ 400 -5 = 7 ⋅ 400 - 7 + 2.

700 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 700 = 700+0 = 7 ⋅ 100 +0.

Somit gilt:

(2795 + 700) mod 7 ≡ (2 + 0) mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 23) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(67 ⋅ 23) mod 7 ≡ (67 mod 7 ⋅ 23 mod 7) mod 7.

67 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 63 + 4 = 9 ⋅ 7 + 4 ist.

23 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 21 + 2 = 3 ⋅ 7 + 2 ist.

Somit gilt:

(67 ⋅ 23) mod 7 ≡ (4 ⋅ 2) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 27832 mod 607.

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. 278 -> x
2. mod(x²,607) -> 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: 2781=278

2: 2782=2781+1=2781⋅2781 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 195 mod 607

4: 2784=2782+2=2782⋅2782 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 391 mod 607

8: 2788=2784+4=2784⋅2784 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 524 mod 607

16: 27816=2788+8=2788⋅2788 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 212 mod 607

32: 27832=27816+16=27816⋅27816 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 26 mod 607

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 374230 mod 811.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 230 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 230 an und zerlegen 230 in eine Summer von 2er-Potenzen:

230 = 128+64+32+4+2

1: 3741=374

2: 3742=3741+1=3741⋅3741 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 384 mod 811

4: 3744=3742+2=3742⋅3742 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 665 mod 811

8: 3748=3744+4=3744⋅3744 ≡ 665⋅665=442225 ≡ 230 mod 811

16: 37416=3748+8=3748⋅3748 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 185 mod 811

32: 37432=37416+16=37416⋅37416 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 163 mod 811

64: 37464=37432+32=37432⋅37432 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 617 mod 811

128: 374128=37464+64=37464⋅37464 ≡ 617⋅617=380689 ≡ 330 mod 811

374230

= 374128+64+32+4+2

= 374128⋅37464⋅37432⋅3744⋅3742

330 ⋅ 617 ⋅ 163 ⋅ 665 ⋅ 384 mod 811
203610 ⋅ 163 ⋅ 665 ⋅ 384 mod 811 ≡ 49 ⋅ 163 ⋅ 665 ⋅ 384 mod 811
7987 ⋅ 665 ⋅ 384 mod 811 ≡ 688 ⋅ 665 ⋅ 384 mod 811
457520 ⋅ 384 mod 811 ≡ 116 ⋅ 384 mod 811
44544 mod 811 ≡ 750 mod 811

Es gilt also: 374230 ≡ 750 mod 811

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 58.

Also bestimme x, so dass 58 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 58

=>71 = 1⋅58 + 13
=>58 = 4⋅13 + 6
=>13 = 2⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,58)=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= 13-2⋅6
6= 58-4⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -2⋅(58 -4⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅58 +8⋅ 13)
= -2⋅58 +9⋅ 13 (=1)
13= 71-1⋅58 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅58 +9⋅(71 -1⋅ 58)
= -2⋅58 +9⋅71 -9⋅ 58)
= 9⋅71 -11⋅ 58 (=1)

Es gilt also: ggt(71,58)=1 = 9⋅71 -11⋅58

oder wenn man 9⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅71 = -11⋅58

-11⋅58 = -9⋅71 + 1 |+71⋅58

-11⋅58 + 71⋅58 = -9⋅71 + 71⋅58 + 1

(-11 + 71) ⋅ 58 = (-9 + 58) ⋅ 71 + 1

60⋅58 = 49⋅71 + 1

Es gilt also: 60⋅58 = 49⋅71 +1

Somit 60⋅58 = 1 mod 71

60 ist also das Inverse von 58 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.