Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (28000 - 14005) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(28000 - 14005) mod 7 ≡ (28000 mod 7 - 14005 mod 7) mod 7.

28000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28000 = 28000+0 = 7 ⋅ 4000 +0.

14005 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14005 = 14000+5 = 7 ⋅ 2000 +5.

Somit gilt:

(28000 - 14005) mod 7 ≡ (0 - 5) mod 7 ≡ -5 mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 46) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(74 ⋅ 46) mod 8 ≡ (74 mod 8 ⋅ 46 mod 8) mod 8.

74 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 9 ⋅ 8 + 2 ist.

46 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 40 + 6 = 5 ⋅ 8 + 6 ist.

Somit gilt:

(74 ⋅ 46) mod 8 ≡ (2 ⋅ 6) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 16516 mod 241.

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. 165 -> x
2. mod(x²,241) -> 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: 1651=165

2: 1652=1651+1=1651⋅1651 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 233 mod 241

4: 1654=1652+2=1652⋅1652 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 64 mod 241

8: 1658=1654+4=1654⋅1654 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 240 mod 241

16: 16516=1658+8=1658⋅1658 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 1 mod 241

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 364218 mod 379.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 218 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 218 an und zerlegen 218 in eine Summer von 2er-Potenzen:

218 = 128+64+16+8+2

1: 3641=364

2: 3642=3641+1=3641⋅3641 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 225 mod 379

4: 3644=3642+2=3642⋅3642 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 218 mod 379

8: 3648=3644+4=3644⋅3644 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 149 mod 379

16: 36416=3648+8=3648⋅3648 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 219 mod 379

32: 36432=36416+16=36416⋅36416 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 207 mod 379

64: 36464=36432+32=36432⋅36432 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 22 mod 379

128: 364128=36464+64=36464⋅36464 ≡ 22⋅22=484 ≡ 105 mod 379

364218

= 364128+64+16+8+2

= 364128⋅36464⋅36416⋅3648⋅3642

≡ 105 ⋅ 22 ⋅ 219 ⋅ 149 ⋅ 225 mod 379
≡ 2310 ⋅ 219 ⋅ 149 ⋅ 225 mod 379 ≡ 36 ⋅ 219 ⋅ 149 ⋅ 225 mod 379
≡ 7884 ⋅ 149 ⋅ 225 mod 379 ≡ 304 ⋅ 149 ⋅ 225 mod 379
≡ 45296 ⋅ 225 mod 379 ≡ 195 ⋅ 225 mod 379
≡ 43875 mod 379 ≡ 290 mod 379

Es gilt also: 364218 ≡ 290 mod 379

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 32.

Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 32

=>79 = 2⋅32 + 15
=>32 = 2⋅15 + 2
=>15 = 7⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,32)=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= 15-7⋅2
2= 32-2⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅15 -7⋅(32 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -7⋅32 +14⋅ 15)
= -7⋅32 +15⋅ 15 (=1)
15= 79-2⋅32 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -7⋅32 +15⋅(79 -2⋅ 32)
= -7⋅32 +15⋅79 -30⋅ 32)
= 15⋅79 -37⋅ 32 (=1)

Es gilt also: ggt(79,32)=1 = 15⋅79 -37⋅32

oder wenn man 15⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -15⋅79 = -37⋅32

-37⋅32 = -15⋅79 + 1 |+79⋅32

-37⋅32 + 79⋅32 = -15⋅79 + 79⋅32 + 1

(-37 + 79) ⋅ 32 = (-15 + 32) ⋅ 79 + 1

42⋅32 = 17⋅79 + 1

Es gilt also: 42⋅32 = 17⋅79 +1

Somit 42⋅32 = 1 mod 79

42 ist also das Inverse von 32 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.