Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (59 + 60) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(59 + 60) mod 3 ≡ (59 mod 3 + 60 mod 3) mod 3.

59 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 60-1 = 3 ⋅ 20 -1 = 3 ⋅ 20 - 3 + 2.

60 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60+0 = 3 ⋅ 20 +0.

Somit gilt:

(59 + 60) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (37 ⋅ 73) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(37 ⋅ 73) mod 5 ≡ (37 mod 5 ⋅ 73 mod 5) mod 5.

37 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 35 + 2 = 7 ⋅ 5 + 2 ist.

73 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 70 + 3 = 14 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(37 ⋅ 73) mod 5 ≡ (2 ⋅ 3) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 17016 mod 307.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 170 -> x
2. mod(x²,307) -> 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: 1701=170

2: 1702=1701+1=1701⋅1701 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 42 mod 307

4: 1704=1702+2=1702⋅1702 ≡ 42⋅42=1764 ≡ 229 mod 307

8: 1708=1704+4=1704⋅1704 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 251 mod 307

16: 17016=1708+8=1708⋅1708 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 66 mod 307

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 679221 mod 829.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 221 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 221 an und zerlegen 221 in eine Summer von 2er-Potenzen:

221 = 128+64+16+8+4+1

1: 6791=679

2: 6792=6791+1=6791⋅6791 ≡ 679⋅679=461041 ≡ 117 mod 829

4: 6794=6792+2=6792⋅6792 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 425 mod 829

8: 6798=6794+4=6794⋅6794 ≡ 425⋅425=180625 ≡ 732 mod 829

16: 67916=6798+8=6798⋅6798 ≡ 732⋅732=535824 ≡ 290 mod 829

32: 67932=67916+16=67916⋅67916 ≡ 290⋅290=84100 ≡ 371 mod 829

64: 67964=67932+32=67932⋅67932 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 27 mod 829

128: 679128=67964+64=67964⋅67964 ≡ 27⋅27=729 ≡ 729 mod 829

679221

= 679128+64+16+8+4+1

= 679128⋅67964⋅67916⋅6798⋅6794⋅6791

729 ⋅ 27 ⋅ 290 ⋅ 732 ⋅ 425 ⋅ 679 mod 829
19683 ⋅ 290 ⋅ 732 ⋅ 425 ⋅ 679 mod 829 ≡ 616 ⋅ 290 ⋅ 732 ⋅ 425 ⋅ 679 mod 829
178640 ⋅ 732 ⋅ 425 ⋅ 679 mod 829 ≡ 405 ⋅ 732 ⋅ 425 ⋅ 679 mod 829
296460 ⋅ 425 ⋅ 679 mod 829 ≡ 507 ⋅ 425 ⋅ 679 mod 829
215475 ⋅ 679 mod 829 ≡ 764 ⋅ 679 mod 829
518756 mod 829 ≡ 631 mod 829

Es gilt also: 679221 ≡ 631 mod 829

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 22.

Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 22

=>61 = 2⋅22 + 17
=>22 = 1⋅17 + 5
=>17 = 3⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,22)=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= 5-2⋅2
2= 17-3⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(17 -3⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅17 +6⋅ 5)
= -2⋅17 +7⋅ 5 (=1)
5= 22-1⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅17 +7⋅(22 -1⋅ 17)
= -2⋅17 +7⋅22 -7⋅ 17)
= 7⋅22 -9⋅ 17 (=1)
17= 61-2⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅22 -9⋅(61 -2⋅ 22)
= 7⋅22 -9⋅61 +18⋅ 22)
= -9⋅61 +25⋅ 22 (=1)

Es gilt also: ggt(61,22)=1 = -9⋅61 +25⋅22

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

1 +9⋅61 = +25⋅22

Es gilt also: 25⋅22 = 9⋅61 +1

Somit 25⋅22 = 1 mod 61

25 ist also das Inverse von 22 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.