Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1502 - 602) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1502 - 602) mod 3 ≡ (1502 mod 3 - 602 mod 3) mod 3.

1502 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1502 = 1500+2 = 3 ⋅ 500 +2.

602 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 602 = 600+2 = 3 ⋅ 200 +2.

Somit gilt:

(1502 - 602) mod 3 ≡ (2 - 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 39) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15 ⋅ 39) mod 7 ≡ (15 mod 7 ⋅ 39 mod 7) mod 7.

15 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 14 + 1 = 2 ⋅ 7 + 1 ist.

39 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 35 + 4 = 5 ⋅ 7 + 4 ist.

Somit gilt:

(15 ⋅ 39) mod 7 ≡ (1 ⋅ 4) mod 7 ≡ 4 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 259128 mod 613.

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. 259 -> x
2. mod(x²,613) -> 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: 2591=259

2: 2592=2591+1=2591⋅2591 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 264 mod 613

4: 2594=2592+2=2592⋅2592 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 427 mod 613

8: 2598=2594+4=2594⋅2594 ≡ 427⋅427=182329 ≡ 268 mod 613

16: 25916=2598+8=2598⋅2598 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 103 mod 613

32: 25932=25916+16=25916⋅25916 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 188 mod 613

64: 25964=25932+32=25932⋅25932 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 403 mod 613

128: 259128=25964+64=25964⋅25964 ≡ 403⋅403=162409 ≡ 577 mod 613

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 185234 mod 337.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 234 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 234 an und zerlegen 234 in eine Summer von 2er-Potenzen:

234 = 128+64+32+8+2

1: 1851=185

2: 1852=1851+1=1851⋅1851 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 188 mod 337

4: 1854=1852+2=1852⋅1852 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 296 mod 337

8: 1858=1854+4=1854⋅1854 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 333 mod 337

16: 18516=1858+8=1858⋅1858 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 16 mod 337

32: 18532=18516+16=18516⋅18516 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 337

64: 18564=18532+32=18532⋅18532 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 158 mod 337

128: 185128=18564+64=18564⋅18564 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 26 mod 337

185234

= 185128+64+32+8+2

= 185128⋅18564⋅18532⋅1858⋅1852

26 ⋅ 158 ⋅ 256 ⋅ 333 ⋅ 188 mod 337
4108 ⋅ 256 ⋅ 333 ⋅ 188 mod 337 ≡ 64 ⋅ 256 ⋅ 333 ⋅ 188 mod 337
16384 ⋅ 333 ⋅ 188 mod 337 ≡ 208 ⋅ 333 ⋅ 188 mod 337
69264 ⋅ 188 mod 337 ≡ 179 ⋅ 188 mod 337
33652 mod 337 ≡ 289 mod 337

Es gilt also: 185234 ≡ 289 mod 337

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 68.

Also bestimme x, so dass 68 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 68

=>79 = 1⋅68 + 11
=>68 = 6⋅11 + 2
=>11 = 5⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,68)=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= 11-5⋅2
2= 68-6⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -5⋅(68 -6⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅68 +30⋅ 11)
= -5⋅68 +31⋅ 11 (=1)
11= 79-1⋅68 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅68 +31⋅(79 -1⋅ 68)
= -5⋅68 +31⋅79 -31⋅ 68)
= 31⋅79 -36⋅ 68 (=1)

Es gilt also: ggt(79,68)=1 = 31⋅79 -36⋅68

oder wenn man 31⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -31⋅79 = -36⋅68

-36⋅68 = -31⋅79 + 1 |+79⋅68

-36⋅68 + 79⋅68 = -31⋅79 + 79⋅68 + 1

(-36 + 79) ⋅ 68 = (-31 + 68) ⋅ 79 + 1

43⋅68 = 37⋅79 + 1

Es gilt also: 43⋅68 = 37⋅79 +1

Somit 43⋅68 = 1 mod 79

43 ist also das Inverse von 68 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.