Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (802 + 39998) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(802 + 39998) mod 8 ≡ (802 mod 8 + 39998 mod 8) mod 8.

802 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 802 = 800+2 = 8 ⋅ 100 +2.

39998 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39998 = 39000+998 = 8 ⋅ 4875 +998.

Somit gilt:

(802 + 39998) mod 8 ≡ (2 + 6) mod 8 ≡ 8 mod 8 ≡ 0 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 88) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(73 ⋅ 88) mod 9 ≡ (73 mod 9 ⋅ 88 mod 9) mod 9.

73 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 8 ⋅ 9 + 1 ist.

88 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 81 + 7 = 9 ⋅ 9 + 7 ist.

Somit gilt:

(73 ⋅ 88) mod 9 ≡ (1 ⋅ 7) mod 9 ≡ 7 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 54264 mod 883.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 542 -> x
2. mod(x²,883) -> 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: 5421=542

2: 5422=5421+1=5421⋅5421 ≡ 542⋅542=293764 ≡ 608 mod 883

4: 5424=5422+2=5422⋅5422 ≡ 608⋅608=369664 ≡ 570 mod 883

8: 5428=5424+4=5424⋅5424 ≡ 570⋅570=324900 ≡ 839 mod 883

16: 54216=5428+8=5428⋅5428 ≡ 839⋅839=703921 ≡ 170 mod 883

32: 54232=54216+16=54216⋅54216 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 644 mod 883

64: 54264=54232+32=54232⋅54232 ≡ 644⋅644=414736 ≡ 609 mod 883

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 171249 mod 379.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 249 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 249 an und zerlegen 249 in eine Summer von 2er-Potenzen:

249 = 128+64+32+16+8+1

1: 1711=171

2: 1712=1711+1=1711⋅1711 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 58 mod 379

4: 1714=1712+2=1712⋅1712 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 332 mod 379

8: 1718=1714+4=1714⋅1714 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 314 mod 379

16: 17116=1718+8=1718⋅1718 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 56 mod 379

32: 17132=17116+16=17116⋅17116 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 104 mod 379

64: 17164=17132+32=17132⋅17132 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 204 mod 379

128: 171128=17164+64=17164⋅17164 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 305 mod 379

171249

= 171128+64+32+16+8+1

= 171128⋅17164⋅17132⋅17116⋅1718⋅1711

305 ⋅ 204 ⋅ 104 ⋅ 56 ⋅ 314 ⋅ 171 mod 379
62220 ⋅ 104 ⋅ 56 ⋅ 314 ⋅ 171 mod 379 ≡ 64 ⋅ 104 ⋅ 56 ⋅ 314 ⋅ 171 mod 379
6656 ⋅ 56 ⋅ 314 ⋅ 171 mod 379 ≡ 213 ⋅ 56 ⋅ 314 ⋅ 171 mod 379
11928 ⋅ 314 ⋅ 171 mod 379 ≡ 179 ⋅ 314 ⋅ 171 mod 379
56206 ⋅ 171 mod 379 ≡ 114 ⋅ 171 mod 379
19494 mod 379 ≡ 165 mod 379

Es gilt also: 171249 ≡ 165 mod 379

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 52

=>97 = 1⋅52 + 45
=>52 = 1⋅45 + 7
=>45 = 6⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,52)=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= 7-2⋅3
3= 45-6⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(45 -6⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅45 +12⋅ 7)
= -2⋅45 +13⋅ 7 (=1)
7= 52-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅45 +13⋅(52 -1⋅ 45)
= -2⋅45 +13⋅52 -13⋅ 45)
= 13⋅52 -15⋅ 45 (=1)
45= 97-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅52 -15⋅(97 -1⋅ 52)
= 13⋅52 -15⋅97 +15⋅ 52)
= -15⋅97 +28⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(97,52)=1 = -15⋅97 +28⋅52

oder wenn man -15⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +15⋅97 = +28⋅52

Es gilt also: 28⋅52 = 15⋅97 +1

Somit 28⋅52 = 1 mod 97

28 ist also das Inverse von 52 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.