Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (343 + 35000) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(343 + 35000) mod 7 ≡ (343 mod 7 + 35000 mod 7) mod 7.

343 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 343 = 350-7 = 7 ⋅ 50 -7 = 7 ⋅ 50 - 7 + 0.

35000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35000 = 35000+0 = 7 ⋅ 5000 +0.

Somit gilt:

(343 + 35000) mod 7 ≡ (0 + 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (92 ⋅ 73) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(92 ⋅ 73) mod 3 ≡ (92 mod 3 ⋅ 73 mod 3) mod 3.

92 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 90 + 2 = 30 ⋅ 3 + 2 ist.

73 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 24 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(92 ⋅ 73) mod 3 ≡ (2 ⋅ 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 43632 mod 683.

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. 436 -> x
2. mod(x²,683) -> 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: 4361=436

2: 4362=4361+1=4361⋅4361 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 222 mod 683

4: 4364=4362+2=4362⋅4362 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 108 mod 683

8: 4368=4364+4=4364⋅4364 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 53 mod 683

16: 43616=4368+8=4368⋅4368 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 77 mod 683

32: 43632=43616+16=43616⋅43616 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 465 mod 683

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 402174 mod 661.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 174 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 174 an und zerlegen 174 in eine Summer von 2er-Potenzen:

174 = 128+32+8+4+2

1: 4021=402

2: 4022=4021+1=4021⋅4021 ≡ 402⋅402=161604 ≡ 320 mod 661

4: 4024=4022+2=4022⋅4022 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 606 mod 661

8: 4028=4024+4=4024⋅4024 ≡ 606⋅606=367236 ≡ 381 mod 661

16: 40216=4028+8=4028⋅4028 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 402 mod 661

32: 40232=40216+16=40216⋅40216 ≡ 402⋅402=161604 ≡ 320 mod 661

64: 40264=40232+32=40232⋅40232 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 606 mod 661

128: 402128=40264+64=40264⋅40264 ≡ 606⋅606=367236 ≡ 381 mod 661

402174

= 402128+32+8+4+2

= 402128⋅40232⋅4028⋅4024⋅4022

≡ 381 ⋅ 320 ⋅ 381 ⋅ 606 ⋅ 320 mod 661
≡ 121920 ⋅ 381 ⋅ 606 ⋅ 320 mod 661 ≡ 296 ⋅ 381 ⋅ 606 ⋅ 320 mod 661
≡ 112776 ⋅ 606 ⋅ 320 mod 661 ≡ 406 ⋅ 606 ⋅ 320 mod 661
≡ 246036 ⋅ 320 mod 661 ≡ 144 ⋅ 320 mod 661
≡ 46080 mod 661 ≡ 471 mod 661

Es gilt also: 402174 ≡ 471 mod 661

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 85.

Also bestimme x, so dass 85 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 85

=>101 = 1⋅85 + 16
=>85 = 5⋅16 + 5
=>16 = 3⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,85)=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= 16-3⋅5
5= 85-5⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -3⋅(85 -5⋅ 16)
= 1⋅16 -3⋅85 +15⋅ 16)
= -3⋅85 +16⋅ 16 (=1)
16= 101-1⋅85 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅85 +16⋅(101 -1⋅ 85)
= -3⋅85 +16⋅101 -16⋅ 85)
= 16⋅101 -19⋅ 85 (=1)

Es gilt also: ggt(101,85)=1 = 16⋅101 -19⋅85

oder wenn man 16⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -16⋅101 = -19⋅85

-19⋅85 = -16⋅101 + 1 |+101⋅85

-19⋅85 + 101⋅85 = -16⋅101 + 101⋅85 + 1

(-19 + 101) ⋅ 85 = (-16 + 85) ⋅ 101 + 1

82⋅85 = 69⋅101 + 1

Es gilt also: 82⋅85 = 69⋅101 +1

Somit 82⋅85 = 1 mod 101

82 ist also das Inverse von 85 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.