Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (7996 - 39) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(7996 - 39) mod 4 ≡ (7996 mod 4 - 39 mod 4) mod 4.

7996 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7996 = 7000+996 = 4 ⋅ 1750 +996.

39 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 40-1 = 4 ⋅ 10 -1 = 4 ⋅ 10 - 4 + 3.

Somit gilt:

(7996 - 39) mod 4 ≡ (0 - 3) mod 4 ≡ -3 mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 62) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(84 ⋅ 62) mod 5 ≡ (84 mod 5 ⋅ 62 mod 5) mod 5.

84 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 80 + 4 = 16 ⋅ 5 + 4 ist.

62 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60 + 2 = 12 ⋅ 5 + 2 ist.

Somit gilt:

(84 ⋅ 62) mod 5 ≡ (4 ⋅ 2) mod 5 ≡ 8 mod 5 ≡ 3 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 3518 mod 499.

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. 351 -> x
2. mod(x²,499) -> 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: 3511=351

2: 3512=3511+1=3511⋅3511 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 447 mod 499

4: 3514=3512+2=3512⋅3512 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 209 mod 499

8: 3518=3514+4=3514⋅3514 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 268 mod 499

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 409238 mod 719.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 238 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 238 an und zerlegen 238 in eine Summer von 2er-Potenzen:

238 = 128+64+32+8+4+2

1: 4091=409

2: 4092=4091+1=4091⋅4091 ≡ 409⋅409=167281 ≡ 473 mod 719

4: 4094=4092+2=4092⋅4092 ≡ 473⋅473=223729 ≡ 120 mod 719

8: 4098=4094+4=4094⋅4094 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 20 mod 719

16: 40916=4098+8=4098⋅4098 ≡ 20⋅20=400 ≡ 400 mod 719

32: 40932=40916+16=40916⋅40916 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 382 mod 719

64: 40964=40932+32=40932⋅40932 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 686 mod 719

128: 409128=40964+64=40964⋅40964 ≡ 686⋅686=470596 ≡ 370 mod 719

409238

= 409128+64+32+8+4+2

= 409128⋅40964⋅40932⋅4098⋅4094⋅4092

370 ⋅ 686 ⋅ 382 ⋅ 20 ⋅ 120 ⋅ 473 mod 719
253820 ⋅ 382 ⋅ 20 ⋅ 120 ⋅ 473 mod 719 ≡ 13 ⋅ 382 ⋅ 20 ⋅ 120 ⋅ 473 mod 719
4966 ⋅ 20 ⋅ 120 ⋅ 473 mod 719 ≡ 652 ⋅ 20 ⋅ 120 ⋅ 473 mod 719
13040 ⋅ 120 ⋅ 473 mod 719 ≡ 98 ⋅ 120 ⋅ 473 mod 719
11760 ⋅ 473 mod 719 ≡ 256 ⋅ 473 mod 719
121088 mod 719 ≡ 296 mod 719

Es gilt also: 409238 ≡ 296 mod 719

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 42

=>61 = 1⋅42 + 19
=>42 = 2⋅19 + 4
=>19 = 4⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,42)=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= 4-1⋅3
3= 19-4⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4)
= -1⋅19 +5⋅ 4 (=1)
4= 42-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅19 +5⋅(42 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅42 -10⋅ 19)
= 5⋅42 -11⋅ 19 (=1)
19= 61-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅42 -11⋅(61 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -11⋅61 +11⋅ 42)
= -11⋅61 +16⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(61,42)=1 = -11⋅61 +16⋅42

oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅61 = +16⋅42

Es gilt also: 16⋅42 = 11⋅61 +1

Somit 16⋅42 = 1 mod 61

16 ist also das Inverse von 42 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.