Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (35007 + 279) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(35007 + 279) mod 7 ≡ (35007 mod 7 + 279 mod 7) mod 7.

35007 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35007 = 35000+7 = 7 ⋅ 5000 +7.

279 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 279 = 280-1 = 7 ⋅ 40 -1 = 7 ⋅ 40 - 7 + 6.

Somit gilt:

(35007 + 279) mod 7 ≡ (0 + 6) mod 7 ≡ 6 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 28) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(83 ⋅ 28) mod 8 ≡ (83 mod 8 ⋅ 28 mod 8) mod 8.

83 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80 + 3 = 10 ⋅ 8 + 3 ist.

28 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 24 + 4 = 3 ⋅ 8 + 4 ist.

Somit gilt:

(83 ⋅ 28) mod 8 ≡ (3 ⋅ 4) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 59664 mod 719.

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. 596 -> x
2. mod(x²,719) -> 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: 5961=596

2: 5962=5961+1=5961⋅5961 ≡ 596⋅596=355216 ≡ 30 mod 719

4: 5964=5962+2=5962⋅5962 ≡ 30⋅30=900 ≡ 181 mod 719

8: 5968=5964+4=5964⋅5964 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 406 mod 719

16: 59616=5968+8=5968⋅5968 ≡ 406⋅406=164836 ≡ 185 mod 719

32: 59632=59616+16=59616⋅59616 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 432 mod 719

64: 59664=59632+32=59632⋅59632 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 403 mod 719

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 152238 mod 431.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 238 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 238 an und zerlegen 238 in eine Summer von 2er-Potenzen:

238 = 128+64+32+8+4+2

1: 1521=152

2: 1522=1521+1=1521⋅1521 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 261 mod 431

4: 1524=1522+2=1522⋅1522 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 23 mod 431

8: 1528=1524+4=1524⋅1524 ≡ 23⋅23=529 ≡ 98 mod 431

16: 15216=1528+8=1528⋅1528 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 122 mod 431

32: 15232=15216+16=15216⋅15216 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 230 mod 431

64: 15264=15232+32=15232⋅15232 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 318 mod 431

128: 152128=15264+64=15264⋅15264 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 270 mod 431

152238

= 152128+64+32+8+4+2

= 152128⋅15264⋅15232⋅1528⋅1524⋅1522

≡ 270 ⋅ 318 ⋅ 230 ⋅ 98 ⋅ 23 ⋅ 261 mod 431
≡ 85860 ⋅ 230 ⋅ 98 ⋅ 23 ⋅ 261 mod 431 ≡ 91 ⋅ 230 ⋅ 98 ⋅ 23 ⋅ 261 mod 431
≡ 20930 ⋅ 98 ⋅ 23 ⋅ 261 mod 431 ≡ 242 ⋅ 98 ⋅ 23 ⋅ 261 mod 431
≡ 23716 ⋅ 23 ⋅ 261 mod 431 ≡ 11 ⋅ 23 ⋅ 261 mod 431
≡ 253 ⋅ 261 mod 431
≡ 66033 mod 431 ≡ 90 mod 431

Es gilt also: 152238 ≡ 90 mod 431

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 39.

Also bestimme x, so dass 39 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 39

=>83 = 2⋅39 + 5
=>39 = 7⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,39)=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= 5-1⋅4
4= 39-7⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(39 -7⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅39 +7⋅ 5)
= -1⋅39 +8⋅ 5 (=1)
5= 83-2⋅39 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅39 +8⋅(83 -2⋅ 39)
= -1⋅39 +8⋅83 -16⋅ 39)
= 8⋅83 -17⋅ 39 (=1)

Es gilt also: ggt(83,39)=1 = 8⋅83 -17⋅39

oder wenn man 8⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -8⋅83 = -17⋅39

-17⋅39 = -8⋅83 + 1 |+83⋅39

-17⋅39 + 83⋅39 = -8⋅83 + 83⋅39 + 1

(-17 + 83) ⋅ 39 = (-8 + 39) ⋅ 83 + 1

66⋅39 = 31⋅83 + 1

Es gilt also: 66⋅39 = 31⋅83 +1

Somit 66⋅39 = 1 mod 83

66 ist also das Inverse von 39 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.