Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3000 - 120) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3000 - 120) mod 3 ≡ (3000 mod 3 - 120 mod 3) mod 3.

3000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000 = 3000+0 = 3 ⋅ 1000 +0.

120 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 120 = 120+0 = 3 ⋅ 40 +0.

Somit gilt:

(3000 - 120) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 97) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(73 ⋅ 97) mod 10 ≡ (73 mod 10 ⋅ 97 mod 10) mod 10.

73 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 70 + 3 = 7 ⋅ 10 + 3 ist.

97 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 90 + 7 = 9 ⋅ 10 + 7 ist.

Somit gilt:

(73 ⋅ 97) mod 10 ≡ (3 ⋅ 7) mod 10 ≡ 21 mod 10 ≡ 1 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 865128 mod 937.

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. 865 -> x
2. mod(x²,937) -> 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: 8651=865

2: 8652=8651+1=8651⋅8651 ≡ 865⋅865=748225 ≡ 499 mod 937

4: 8654=8652+2=8652⋅8652 ≡ 499⋅499=249001 ≡ 696 mod 937

8: 8658=8654+4=8654⋅8654 ≡ 696⋅696=484416 ≡ 924 mod 937

16: 86516=8658+8=8658⋅8658 ≡ 924⋅924=853776 ≡ 169 mod 937

32: 86532=86516+16=86516⋅86516 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 451 mod 937

64: 86564=86532+32=86532⋅86532 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 72 mod 937

128: 865128=86564+64=86564⋅86564 ≡ 72⋅72=5184 ≡ 499 mod 937

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 225153 mod 337.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 153 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 153 an und zerlegen 153 in eine Summer von 2er-Potenzen:

153 = 128+16+8+1

1: 2251=225

2: 2252=2251+1=2251⋅2251 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 75 mod 337

4: 2254=2252+2=2252⋅2252 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 233 mod 337

8: 2258=2254+4=2254⋅2254 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 32 mod 337

16: 22516=2258+8=2258⋅2258 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 13 mod 337

32: 22532=22516+16=22516⋅22516 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 337

64: 22564=22532+32=22532⋅22532 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 253 mod 337

128: 225128=22564+64=22564⋅22564 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 316 mod 337

225153

= 225128+16+8+1

= 225128⋅22516⋅2258⋅2251

≡ 316 ⋅ 13 ⋅ 32 ⋅ 225 mod 337
≡ 4108 ⋅ 32 ⋅ 225 mod 337 ≡ 64 ⋅ 32 ⋅ 225 mod 337
≡ 2048 ⋅ 225 mod 337 ≡ 26 ⋅ 225 mod 337
≡ 5850 mod 337 ≡ 121 mod 337

Es gilt also: 225153 ≡ 121 mod 337

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 31

=>71 = 2⋅31 + 9
=>31 = 3⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,31)=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= 9-2⋅4
4= 31-3⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(31 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅31 +6⋅ 9)
= -2⋅31 +7⋅ 9 (=1)
9= 71-2⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅31 +7⋅(71 -2⋅ 31)
= -2⋅31 +7⋅71 -14⋅ 31)
= 7⋅71 -16⋅ 31 (=1)

Es gilt also: ggt(71,31)=1 = 7⋅71 -16⋅31

oder wenn man 7⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅71 = -16⋅31

-16⋅31 = -7⋅71 + 1 |+71⋅31

-16⋅31 + 71⋅31 = -7⋅71 + 71⋅31 + 1

(-16 + 71) ⋅ 31 = (-7 + 31) ⋅ 71 + 1

55⋅31 = 24⋅71 + 1

Es gilt also: 55⋅31 = 24⋅71 +1

Somit 55⋅31 = 1 mod 71

55 ist also das Inverse von 31 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.