Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (32007 + 24005) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(32007 + 24005) mod 8 ≡ (32007 mod 8 + 24005 mod 8) mod 8.

32007 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32007 = 32000+7 = 8 ⋅ 4000 +7.

24005 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24005 = 24000+5 = 8 ⋅ 3000 +5.

Somit gilt:

(32007 + 24005) mod 8 ≡ (7 + 5) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (77 ⋅ 75) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(77 ⋅ 75) mod 3 ≡ (77 mod 3 ⋅ 75 mod 3) mod 3.

77 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 77 = 75 + 2 = 25 ⋅ 3 + 2 ist.

75 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 75 + 0 = 25 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(77 ⋅ 75) mod 3 ≡ (2 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 56432 mod 829.

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. 564 -> x
2. mod(x²,829) -> 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: 5641=564

2: 5642=5641+1=5641⋅5641 ≡ 564⋅564=318096 ≡ 589 mod 829

4: 5644=5642+2=5642⋅5642 ≡ 589⋅589=346921 ≡ 399 mod 829

8: 5648=5644+4=5644⋅5644 ≡ 399⋅399=159201 ≡ 33 mod 829

16: 56416=5648+8=5648⋅5648 ≡ 33⋅33=1089 ≡ 260 mod 829

32: 56432=56416+16=56416⋅56416 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 451 mod 829

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 651134 mod 929.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 134 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 134 an und zerlegen 134 in eine Summer von 2er-Potenzen:

134 = 128+4+2

1: 6511=651

2: 6512=6511+1=6511⋅6511 ≡ 651⋅651=423801 ≡ 177 mod 929

4: 6514=6512+2=6512⋅6512 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 672 mod 929

8: 6518=6514+4=6514⋅6514 ≡ 672⋅672=451584 ≡ 90 mod 929

16: 65116=6518+8=6518⋅6518 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 668 mod 929

32: 65132=65116+16=65116⋅65116 ≡ 668⋅668=446224 ≡ 304 mod 929

64: 65164=65132+32=65132⋅65132 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 445 mod 929

128: 651128=65164+64=65164⋅65164 ≡ 445⋅445=198025 ≡ 148 mod 929

651134

= 651128+4+2

= 651128⋅6514⋅6512

≡ 148 ⋅ 672 ⋅ 177 mod 929
≡ 99456 ⋅ 177 mod 929 ≡ 53 ⋅ 177 mod 929
≡ 9381 mod 929 ≡ 91 mod 929

Es gilt also: 651134 ≡ 91 mod 929

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 32.

Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 32

=>71 = 2⋅32 + 7
=>32 = 4⋅7 + 4
=>7 = 1⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,32)=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= 7-1⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(7 -1⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅7 +1⋅ 4)
= -1⋅7 +2⋅ 4 (=1)
4= 32-4⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅7 +2⋅(32 -4⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅32 -8⋅ 7)
= 2⋅32 -9⋅ 7 (=1)
7= 71-2⋅32 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅32 -9⋅(71 -2⋅ 32)
= 2⋅32 -9⋅71 +18⋅ 32)
= -9⋅71 +20⋅ 32 (=1)

Es gilt also: ggt(71,32)=1 = -9⋅71 +20⋅32

oder wenn man -9⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅71 = +20⋅32

Es gilt also: 20⋅32 = 9⋅71 +1

Somit 20⋅32 = 1 mod 71

20 ist also das Inverse von 32 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.