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: (24004 - 407) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24004 - 407) mod 8 ≡ (24004 mod 8 - 407 mod 8) mod 8.

24004 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24004 = 24000+4 = 8 ⋅ 3000 +4.

407 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 407 = 400+7 = 8 ⋅ 50 +7.

Somit gilt:

(24004 - 407) mod 8 ≡ (4 - 7) mod 8 ≡ -3 mod 8 ≡ 5 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (27 ⋅ 75) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(27 ⋅ 75) mod 6 ≡ (27 mod 6 ⋅ 75 mod 6) mod 6.

27 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 24 + 3 = 4 ⋅ 6 + 3 ist.

75 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 12 ⋅ 6 + 3 ist.

Somit gilt:

(27 ⋅ 75) mod 6 ≡ (3 ⋅ 3) mod 6 ≡ 9 mod 6 ≡ 3 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 250128 mod 761.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 250 -> x
2. mod(x²,761) -> 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: 2501=250

2: 2502=2501+1=2501⋅2501 ≡ 250⋅250=62500 ≡ 98 mod 761

4: 2504=2502+2=2502⋅2502 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 472 mod 761

8: 2508=2504+4=2504⋅2504 ≡ 472⋅472=222784 ≡ 572 mod 761

16: 25016=2508+8=2508⋅2508 ≡ 572⋅572=327184 ≡ 715 mod 761

32: 25032=25016+16=25016⋅25016 ≡ 715⋅715=511225 ≡ 594 mod 761

64: 25064=25032+32=25032⋅25032 ≡ 594⋅594=352836 ≡ 493 mod 761

128: 250128=25064+64=25064⋅25064 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 290 mod 761

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 47575 mod 761.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 75 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 75 an und zerlegen 75 in eine Summer von 2er-Potenzen:

75 = 64+8+2+1

1: 4751=475

2: 4752=4751+1=4751⋅4751 ≡ 475⋅475=225625 ≡ 369 mod 761

4: 4754=4752+2=4752⋅4752 ≡ 369⋅369=136161 ≡ 703 mod 761

8: 4758=4754+4=4754⋅4754 ≡ 703⋅703=494209 ≡ 320 mod 761

16: 47516=4758+8=4758⋅4758 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 426 mod 761

32: 47532=47516+16=47516⋅47516 ≡ 426⋅426=181476 ≡ 358 mod 761

64: 47564=47532+32=47532⋅47532 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 316 mod 761

47575

= 47564+8+2+1

= 47564⋅4758⋅4752⋅4751

316 ⋅ 320 ⋅ 369 ⋅ 475 mod 761
101120 ⋅ 369 ⋅ 475 mod 761 ≡ 668 ⋅ 369 ⋅ 475 mod 761
246492 ⋅ 475 mod 761 ≡ 689 ⋅ 475 mod 761
327275 mod 761 ≡ 45 mod 761

Es gilt also: 47575 ≡ 45 mod 761

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 = 59 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.