Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1600 - 1602) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1600 - 1602) mod 8 ≡ (1600 mod 8 - 1602 mod 8) mod 8.

1600 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1600 = 1600+0 = 8 ⋅ 200 +0.

1602 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1602 = 1600+2 = 8 ⋅ 200 +2.

Somit gilt:

(1600 - 1602) mod 8 ≡ (0 - 2) mod 8 ≡ -2 mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (24 ⋅ 94) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24 ⋅ 94) mod 5 ≡ (24 mod 5 ⋅ 94 mod 5) mod 5.

24 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 20 + 4 = 4 ⋅ 5 + 4 ist.

94 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 90 + 4 = 18 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(24 ⋅ 94) mod 5 ≡ (4 ⋅ 4) mod 5 ≡ 16 mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 69232 mod 859.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 692 -> x
2. mod(x²,859) -> 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: 6921=692

2: 6922=6921+1=6921⋅6921 ≡ 692⋅692=478864 ≡ 401 mod 859

4: 6924=6922+2=6922⋅6922 ≡ 401⋅401=160801 ≡ 168 mod 859

8: 6928=6924+4=6924⋅6924 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 736 mod 859

16: 69216=6928+8=6928⋅6928 ≡ 736⋅736=541696 ≡ 526 mod 859

32: 69232=69216+16=69216⋅69216 ≡ 526⋅526=276676 ≡ 78 mod 859

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 355171 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 171 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 171 an und zerlegen 171 in eine Summer von 2er-Potenzen:

171 = 128+32+8+2+1

1: 3551=355

2: 3552=3551+1=3551⋅3551 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 71 mod 887

4: 3554=3552+2=3552⋅3552 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 606 mod 887

8: 3558=3554+4=3554⋅3554 ≡ 606⋅606=367236 ≡ 18 mod 887

16: 35516=3558+8=3558⋅3558 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 887

32: 35532=35516+16=35516⋅35516 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 310 mod 887

64: 35564=35532+32=35532⋅35532 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 304 mod 887

128: 355128=35564+64=35564⋅35564 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 168 mod 887

355171

= 355128+32+8+2+1

= 355128⋅35532⋅3558⋅3552⋅3551

168 ⋅ 310 ⋅ 18 ⋅ 71 ⋅ 355 mod 887
52080 ⋅ 18 ⋅ 71 ⋅ 355 mod 887 ≡ 634 ⋅ 18 ⋅ 71 ⋅ 355 mod 887
11412 ⋅ 71 ⋅ 355 mod 887 ≡ 768 ⋅ 71 ⋅ 355 mod 887
54528 ⋅ 355 mod 887 ≡ 421 ⋅ 355 mod 887
149455 mod 887 ≡ 439 mod 887

Es gilt also: 355171 ≡ 439 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 59.

Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 59

=>79 = 1⋅59 + 20
=>59 = 2⋅20 + 19
=>20 = 1⋅19 + 1
=>19 = 19⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,59)=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= 20-1⋅19
19= 59-2⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅20 -1⋅(59 -2⋅ 20)
= 1⋅20 -1⋅59 +2⋅ 20)
= -1⋅59 +3⋅ 20 (=1)
20= 79-1⋅59 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅59 +3⋅(79 -1⋅ 59)
= -1⋅59 +3⋅79 -3⋅ 59)
= 3⋅79 -4⋅ 59 (=1)

Es gilt also: ggt(79,59)=1 = 3⋅79 -4⋅59

oder wenn man 3⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅79 = -4⋅59

-4⋅59 = -3⋅79 + 1 |+79⋅59

-4⋅59 + 79⋅59 = -3⋅79 + 79⋅59 + 1

(-4 + 79) ⋅ 59 = (-3 + 59) ⋅ 79 + 1

75⋅59 = 56⋅79 + 1

Es gilt also: 75⋅59 = 56⋅79 +1

Somit 75⋅59 = 1 mod 79

75 ist also das Inverse von 59 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.