Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (345 + 2797) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(345 + 2797) mod 7 ≡ (345 mod 7 + 2797 mod 7) mod 7.

345 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 345 = 350-5 = 7 ⋅ 50 -5 = 7 ⋅ 50 - 7 + 2.

2797 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2797 = 2800-3 = 7 ⋅ 400 -3 = 7 ⋅ 400 - 7 + 4.

Somit gilt:

(345 + 2797) mod 7 ≡ (2 + 4) mod 7 ≡ 6 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 93) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(54 ⋅ 93) mod 4 ≡ (54 mod 4 ⋅ 93 mod 4) mod 4.

54 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 52 + 2 = 13 ⋅ 4 + 2 ist.

93 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 92 + 1 = 23 ⋅ 4 + 1 ist.

Somit gilt:

(54 ⋅ 93) mod 4 ≡ (2 ⋅ 1) mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 2288 mod 677.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 228 -> x
2. mod(x²,677) -> 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: 2281=228

2: 2282=2281+1=2281⋅2281 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 532 mod 677

4: 2284=2282+2=2282⋅2282 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 38 mod 677

8: 2288=2284+4=2284⋅2284 ≡ 38⋅38=1444 ≡ 90 mod 677

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 287174 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 174 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 174 an und zerlegen 174 in eine Summer von 2er-Potenzen:

174 = 128+32+8+4+2

1: 2871=287

2: 2872=2871+1=2871⋅2871 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 765 mod 887

4: 2874=2872+2=2872⋅2872 ≡ 765⋅765=585225 ≡ 692 mod 887

8: 2878=2874+4=2874⋅2874 ≡ 692⋅692=478864 ≡ 771 mod 887

16: 28716=2878+8=2878⋅2878 ≡ 771⋅771=594441 ≡ 151 mod 887

32: 28732=28716+16=28716⋅28716 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 626 mod 887

64: 28764=28732+32=28732⋅28732 ≡ 626⋅626=391876 ≡ 709 mod 887

128: 287128=28764+64=28764⋅28764 ≡ 709⋅709=502681 ≡ 639 mod 887

287174

= 287128+32+8+4+2

= 287128⋅28732⋅2878⋅2874⋅2872

639 ⋅ 626 ⋅ 771 ⋅ 692 ⋅ 765 mod 887
400014 ⋅ 771 ⋅ 692 ⋅ 765 mod 887 ≡ 864 ⋅ 771 ⋅ 692 ⋅ 765 mod 887
666144 ⋅ 692 ⋅ 765 mod 887 ≡ 7 ⋅ 692 ⋅ 765 mod 887
4844 ⋅ 765 mod 887 ≡ 409 ⋅ 765 mod 887
312885 mod 887 ≡ 661 mod 887

Es gilt also: 287174 ≡ 661 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 46

=>59 = 1⋅46 + 13
=>46 = 3⋅13 + 7
=>13 = 1⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,46)=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= 7-1⋅6
6= 13-1⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(13 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅13 +1⋅ 7)
= -1⋅13 +2⋅ 7 (=1)
7= 46-3⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅13 +2⋅(46 -3⋅ 13)
= -1⋅13 +2⋅46 -6⋅ 13)
= 2⋅46 -7⋅ 13 (=1)
13= 59-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅46 -7⋅(59 -1⋅ 46)
= 2⋅46 -7⋅59 +7⋅ 46)
= -7⋅59 +9⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(59,46)=1 = -7⋅59 +9⋅46

oder wenn man -7⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅59 = +9⋅46

Es gilt also: 9⋅46 = 7⋅59 +1

Somit 9⋅46 = 1 mod 59

9 ist also das Inverse von 46 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.