Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (19997 - 162) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(19997 - 162) mod 4 ≡ (19997 mod 4 - 162 mod 4) mod 4.

19997 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19997 = 19000+997 = 4 ⋅ 4750 +997.

162 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 162 = 160+2 = 4 ⋅ 40 +2.

Somit gilt:

(19997 - 162) mod 4 ≡ (1 - 2) mod 4 ≡ -1 mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (72 ⋅ 37) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(72 ⋅ 37) mod 9 ≡ (72 mod 9 ⋅ 37 mod 9) mod 9.

72 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 8 ⋅ 9 + 0 ist.

37 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 4 ⋅ 9 + 1 ist.

Somit gilt:

(72 ⋅ 37) mod 9 ≡ (0 ⋅ 1) mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23932 mod 491.

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. 239 -> x
2. mod(x²,491) -> 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: 2391=239

2: 2392=2391+1=2391⋅2391 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 165 mod 491

4: 2394=2392+2=2392⋅2392 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 220 mod 491

8: 2398=2394+4=2394⋅2394 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 282 mod 491

16: 23916=2398+8=2398⋅2398 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 473 mod 491

32: 23932=23916+16=23916⋅23916 ≡ 473⋅473=223729 ≡ 324 mod 491

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 588247 mod 593.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 247 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 247 an und zerlegen 247 in eine Summer von 2er-Potenzen:

247 = 128+64+32+16+4+2+1

1: 5881=588

2: 5882=5881+1=5881⋅5881 ≡ 588⋅588=345744 ≡ 25 mod 593

4: 5884=5882+2=5882⋅5882 ≡ 25⋅25=625 ≡ 32 mod 593

8: 5888=5884+4=5884⋅5884 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 431 mod 593

16: 58816=5888+8=5888⋅5888 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 152 mod 593

32: 58832=58816+16=58816⋅58816 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 570 mod 593

64: 58864=58832+32=58832⋅58832 ≡ 570⋅570=324900 ≡ 529 mod 593

128: 588128=58864+64=58864⋅58864 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 538 mod 593

588247

= 588128+64+32+16+4+2+1

= 588128⋅58864⋅58832⋅58816⋅5884⋅5882⋅5881

538 ⋅ 529 ⋅ 570 ⋅ 152 ⋅ 32 ⋅ 25 ⋅ 588 mod 593
284602 ⋅ 570 ⋅ 152 ⋅ 32 ⋅ 25 ⋅ 588 mod 593 ≡ 555 ⋅ 570 ⋅ 152 ⋅ 32 ⋅ 25 ⋅ 588 mod 593
316350 ⋅ 152 ⋅ 32 ⋅ 25 ⋅ 588 mod 593 ≡ 281 ⋅ 152 ⋅ 32 ⋅ 25 ⋅ 588 mod 593
42712 ⋅ 32 ⋅ 25 ⋅ 588 mod 593 ≡ 16 ⋅ 32 ⋅ 25 ⋅ 588 mod 593
512 ⋅ 25 ⋅ 588 mod 593
12800 ⋅ 588 mod 593 ≡ 347 ⋅ 588 mod 593
204036 mod 593 ≡ 44 mod 593

Es gilt also: 588247 ≡ 44 mod 593

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 38

=>73 = 1⋅38 + 35
=>38 = 1⋅35 + 3
=>35 = 11⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,38)=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= 3-1⋅2
2= 35-11⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(35 -11⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅35 +11⋅ 3)
= -1⋅35 +12⋅ 3 (=1)
3= 38-1⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅35 +12⋅(38 -1⋅ 35)
= -1⋅35 +12⋅38 -12⋅ 35)
= 12⋅38 -13⋅ 35 (=1)
35= 73-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 12⋅38 -13⋅(73 -1⋅ 38)
= 12⋅38 -13⋅73 +13⋅ 38)
= -13⋅73 +25⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(73,38)=1 = -13⋅73 +25⋅38

oder wenn man -13⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅73 = +25⋅38

Es gilt also: 25⋅38 = 13⋅73 +1

Somit 25⋅38 = 1 mod 73

25 ist also das Inverse von 38 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.