Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (244 - 3993) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(244 - 3993) mod 8 ≡ (244 mod 8 - 3993 mod 8) mod 8.

244 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 244 = 240+4 = 8 ⋅ 30 +4.

3993 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3993 = 4000-7 = 8 ⋅ 500 -7 = 8 ⋅ 500 - 8 + 1.

Somit gilt:

(244 - 3993) mod 8 ≡ (4 - 1) mod 8 ≡ 3 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (95 ⋅ 37) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(95 ⋅ 37) mod 3 ≡ (95 mod 3 ⋅ 37 mod 3) mod 3.

95 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 93 + 2 = 31 ⋅ 3 + 2 ist.

37 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 12 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(95 ⋅ 37) mod 3 ≡ (2 ⋅ 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 2538 mod 593.

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. 253 -> x
2. mod(x²,593) -> 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: 2531=253

2: 2532=2531+1=2531⋅2531 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 558 mod 593

4: 2534=2532+2=2532⋅2532 ≡ 558⋅558=311364 ≡ 39 mod 593

8: 2538=2534+4=2534⋅2534 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 335 mod 593

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 311178 mod 331.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 178 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 178 an und zerlegen 178 in eine Summer von 2er-Potenzen:

178 = 128+32+16+2

1: 3111=311

2: 3112=3111+1=3111⋅3111 ≡ 311⋅311=96721 ≡ 69 mod 331

4: 3114=3112+2=3112⋅3112 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 127 mod 331

8: 3118=3114+4=3114⋅3114 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 241 mod 331

16: 31116=3118+8=3118⋅3118 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 156 mod 331

32: 31132=31116+16=31116⋅31116 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 173 mod 331

64: 31164=31132+32=31132⋅31132 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 139 mod 331

128: 311128=31164+64=31164⋅31164 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 123 mod 331

311178

= 311128+32+16+2

= 311128⋅31132⋅31116⋅3112

123 ⋅ 173 ⋅ 156 ⋅ 69 mod 331
21279 ⋅ 156 ⋅ 69 mod 331 ≡ 95 ⋅ 156 ⋅ 69 mod 331
14820 ⋅ 69 mod 331 ≡ 256 ⋅ 69 mod 331
17664 mod 331 ≡ 121 mod 331

Es gilt also: 311178 ≡ 121 mod 331

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 23.

Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 23

=>53 = 2⋅23 + 7
=>23 = 3⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,23)=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= 7-3⋅2
2= 23-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(23 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅23 +9⋅ 7)
= -3⋅23 +10⋅ 7 (=1)
7= 53-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +10⋅(53 -2⋅ 23)
= -3⋅23 +10⋅53 -20⋅ 23)
= 10⋅53 -23⋅ 23 (=1)

Es gilt also: ggt(53,23)=1 = 10⋅53 -23⋅23

oder wenn man 10⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -10⋅53 = -23⋅23

-23⋅23 = -10⋅53 + 1 |+53⋅23

-23⋅23 + 53⋅23 = -10⋅53 + 53⋅23 + 1

(-23 + 53) ⋅ 23 = (-10 + 23) ⋅ 53 + 1

30⋅23 = 13⋅53 + 1

Es gilt also: 30⋅23 = 13⋅53 +1

Somit 30⋅23 = 1 mod 53

30 ist also das Inverse von 23 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.