Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (239 + 32006) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(239 + 32006) mod 8 ≡ (239 mod 8 + 32006 mod 8) mod 8.

239 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 239 = 240-1 = 8 ⋅ 30 -1 = 8 ⋅ 30 - 8 + 7.

32006 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32006 = 32000+6 = 8 ⋅ 4000 +6.

Somit gilt:

(239 + 32006) mod 8 ≡ (7 + 6) mod 8 ≡ 13 mod 8 ≡ 5 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 46) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34 ⋅ 46) mod 9 ≡ (34 mod 9 ⋅ 46 mod 9) mod 9.

34 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 27 + 7 = 3 ⋅ 9 + 7 ist.

46 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 5 ⋅ 9 + 1 ist.

Somit gilt:

(34 ⋅ 46) mod 9 ≡ (7 ⋅ 1) mod 9 ≡ 7 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 48016 mod 503.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 480 -> x
2. mod(x²,503) -> 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: 4801=480

2: 4802=4801+1=4801⋅4801 ≡ 480⋅480=230400 ≡ 26 mod 503

4: 4804=4802+2=4802⋅4802 ≡ 26⋅26=676 ≡ 173 mod 503

8: 4808=4804+4=4804⋅4804 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 252 mod 503

16: 48016=4808+8=4808⋅4808 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 126 mod 503

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 304245 mod 701.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:

245 = 128+64+32+16+4+1

1: 3041=304

2: 3042=3041+1=3041⋅3041 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 585 mod 701

4: 3044=3042+2=3042⋅3042 ≡ 585⋅585=342225 ≡ 137 mod 701

8: 3048=3044+4=3044⋅3044 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 543 mod 701

16: 30416=3048+8=3048⋅3048 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 429 mod 701

32: 30432=30416+16=30416⋅30416 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 379 mod 701

64: 30464=30432+32=30432⋅30432 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 637 mod 701

128: 304128=30464+64=30464⋅30464 ≡ 637⋅637=405769 ≡ 591 mod 701

304245

= 304128+64+32+16+4+1

= 304128⋅30464⋅30432⋅30416⋅3044⋅3041

≡ 591 ⋅ 637 ⋅ 379 ⋅ 429 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701
≡ 376467 ⋅ 379 ⋅ 429 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701 ≡ 30 ⋅ 379 ⋅ 429 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701
≡ 11370 ⋅ 429 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701 ≡ 154 ⋅ 429 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701
≡ 66066 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701 ≡ 172 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701
≡ 23564 ⋅ 304 mod 701 ≡ 431 ⋅ 304 mod 701
≡ 131024 mod 701 ≡ 638 mod 701

Es gilt also: 304245 ≡ 638 mod 701

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 49.

Also bestimme x, so dass 49 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 49

=>71 = 1⋅49 + 22
=>49 = 2⋅22 + 5
=>22 = 4⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,49)=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= 5-2⋅2
2= 22-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(22 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅22 +8⋅ 5)
= -2⋅22 +9⋅ 5 (=1)
5= 49-2⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅22 +9⋅(49 -2⋅ 22)
= -2⋅22 +9⋅49 -18⋅ 22)
= 9⋅49 -20⋅ 22 (=1)
22= 71-1⋅49 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 9⋅49 -20⋅(71 -1⋅ 49)
= 9⋅49 -20⋅71 +20⋅ 49)
= -20⋅71 +29⋅ 49 (=1)

Es gilt also: ggt(71,49)=1 = -20⋅71 +29⋅49

oder wenn man -20⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +20⋅71 = +29⋅49

Es gilt also: 29⋅49 = 20⋅71 +1

Somit 29⋅49 = 1 mod 71

29 ist also das Inverse von 49 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.