Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (92 + 597) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(92 + 597) mod 3 ≡ (92 mod 3 + 597 mod 3) mod 3.

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

597 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 597 = 600-3 = 3 ⋅ 200 -3 = 3 ⋅ 200 - 3 + 0.

Somit gilt:

(92 + 597) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (91 ⋅ 70) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(91 ⋅ 70) mod 10 ≡ (91 mod 10 ⋅ 70 mod 10) mod 10.

91 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 9 ⋅ 10 + 1 ist.

70 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 7 ⋅ 10 + 0 ist.

Somit gilt:

(91 ⋅ 70) mod 10 ≡ (1 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 14064 mod 317.

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. 140 -> x
2. mod(x²,317) -> 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: 1401=140

2: 1402=1401+1=1401⋅1401 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 263 mod 317

4: 1404=1402+2=1402⋅1402 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 63 mod 317

8: 1408=1404+4=1404⋅1404 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 165 mod 317

16: 14016=1408+8=1408⋅1408 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 280 mod 317

32: 14032=14016+16=14016⋅14016 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 101 mod 317

64: 14064=14032+32=14032⋅14032 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 57 mod 317

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 378111 mod 643.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 111 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 111 an und zerlegen 111 in eine Summer von 2er-Potenzen:

111 = 64+32+8+4+2+1

1: 3781=378

2: 3782=3781+1=3781⋅3781 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 138 mod 643

4: 3784=3782+2=3782⋅3782 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 397 mod 643

8: 3788=3784+4=3784⋅3784 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 74 mod 643

16: 37816=3788+8=3788⋅3788 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 332 mod 643

32: 37832=37816+16=37816⋅37816 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 271 mod 643

64: 37864=37832+32=37832⋅37832 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 139 mod 643

378111

= 37864+32+8+4+2+1

= 37864⋅37832⋅3788⋅3784⋅3782⋅3781

≡ 139 ⋅ 271 ⋅ 74 ⋅ 397 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643
≡ 37669 ⋅ 74 ⋅ 397 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643 ≡ 375 ⋅ 74 ⋅ 397 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643
≡ 27750 ⋅ 397 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643 ≡ 101 ⋅ 397 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643
≡ 40097 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643 ≡ 231 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643
≡ 31878 ⋅ 378 mod 643 ≡ 371 ⋅ 378 mod 643
≡ 140238 mod 643 ≡ 64 mod 643

Es gilt also: 378111 ≡ 64 mod 643

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 18.

Also bestimme x, so dass 18 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 18

=>61 = 3⋅18 + 7
=>18 = 2⋅7 + 4
=>7 = 1⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,18)=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= 7-1⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(7 -1⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅7 +1⋅ 4)
= -1⋅7 +2⋅ 4 (=1)
4= 18-2⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅7 +2⋅(18 -2⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅18 -4⋅ 7)
= 2⋅18 -5⋅ 7 (=1)
7= 61-3⋅18 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅18 -5⋅(61 -3⋅ 18)
= 2⋅18 -5⋅61 +15⋅ 18)
= -5⋅61 +17⋅ 18 (=1)

Es gilt also: ggt(61,18)=1 = -5⋅61 +17⋅18

oder wenn man -5⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅61 = +17⋅18

Es gilt also: 17⋅18 = 5⋅61 +1

Somit 17⋅18 = 1 mod 61

17 ist also das Inverse von 18 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.