Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (28005 - 215) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(28005 - 215) mod 7 ≡ (28005 mod 7 - 215 mod 7) mod 7.

28005 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28005 = 28000+5 = 7 ⋅ 4000 +5.

215 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 215 = 210+5 = 7 ⋅ 30 +5.

Somit gilt:

(28005 - 215) mod 7 ≡ (5 - 5) mod 7 ≡ 0 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (39 ⋅ 88) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(39 ⋅ 88) mod 3 ≡ (39 mod 3 ⋅ 88 mod 3) mod 3.

39 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 39 + 0 = 13 ⋅ 3 + 0 ist.

88 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 87 + 1 = 29 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(39 ⋅ 88) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 285128 mod 661.

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. 285 -> x
2. mod(x²,661) -> 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: 2851=285

2: 2852=2851+1=2851⋅2851 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 583 mod 661

4: 2854=2852+2=2852⋅2852 ≡ 583⋅583=339889 ≡ 135 mod 661

8: 2858=2854+4=2854⋅2854 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 378 mod 661

16: 28516=2858+8=2858⋅2858 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 108 mod 661

32: 28532=28516+16=28516⋅28516 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 427 mod 661

64: 28564=28532+32=28532⋅28532 ≡ 427⋅427=182329 ≡ 554 mod 661

128: 285128=28564+64=28564⋅28564 ≡ 554⋅554=306916 ≡ 212 mod 661

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 74207 mod 241.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 207 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 207 an und zerlegen 207 in eine Summer von 2er-Potenzen:

207 = 128+64+8+4+2+1

1: 741=74

2: 742=741+1=741⋅741 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 174 mod 241

4: 744=742+2=742⋅742 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 151 mod 241

8: 748=744+4=744⋅744 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 147 mod 241

16: 7416=748+8=748⋅748 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 160 mod 241

32: 7432=7416+16=7416⋅7416 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 54 mod 241

64: 7464=7432+32=7432⋅7432 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 24 mod 241

128: 74128=7464+64=7464⋅7464 ≡ 24⋅24=576 ≡ 94 mod 241

74207

= 74128+64+8+4+2+1

= 74128⋅7464⋅748⋅744⋅742⋅741

94 ⋅ 24 ⋅ 147 ⋅ 151 ⋅ 174 ⋅ 74 mod 241
2256 ⋅ 147 ⋅ 151 ⋅ 174 ⋅ 74 mod 241 ≡ 87 ⋅ 147 ⋅ 151 ⋅ 174 ⋅ 74 mod 241
12789 ⋅ 151 ⋅ 174 ⋅ 74 mod 241 ≡ 16 ⋅ 151 ⋅ 174 ⋅ 74 mod 241
2416 ⋅ 174 ⋅ 74 mod 241 ≡ 6 ⋅ 174 ⋅ 74 mod 241
1044 ⋅ 74 mod 241 ≡ 80 ⋅ 74 mod 241
5920 mod 241 ≡ 136 mod 241

Es gilt also: 74207 ≡ 136 mod 241

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 50.

Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 50

=>61 = 1⋅50 + 11
=>50 = 4⋅11 + 6
=>11 = 1⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,50)=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= 6-1⋅5
5= 11-1⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(11 -1⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅11 +1⋅ 6)
= -1⋅11 +2⋅ 6 (=1)
6= 50-4⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅11 +2⋅(50 -4⋅ 11)
= -1⋅11 +2⋅50 -8⋅ 11)
= 2⋅50 -9⋅ 11 (=1)
11= 61-1⋅50 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅50 -9⋅(61 -1⋅ 50)
= 2⋅50 -9⋅61 +9⋅ 50)
= -9⋅61 +11⋅ 50 (=1)

Es gilt also: ggt(61,50)=1 = -9⋅61 +11⋅50

oder wenn man -9⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅61 = +11⋅50

Es gilt also: 11⋅50 = 9⋅61 +1

Somit 11⋅50 = 1 mod 61

11 ist also das Inverse von 50 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.