Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1407 + 273) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1407 + 273) mod 7 ≡ (1407 mod 7 + 273 mod 7) mod 7.

1407 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1407 = 1400+7 = 7 ⋅ 200 +7.

273 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 273 = 280-7 = 7 ⋅ 40 -7 = 7 ⋅ 40 - 7 + 0.

Somit gilt:

(1407 + 273) mod 7 ≡ (0 + 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (47 ⋅ 75) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(47 ⋅ 75) mod 5 ≡ (47 mod 5 ⋅ 75 mod 5) mod 5.

47 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 45 + 2 = 9 ⋅ 5 + 2 ist.

75 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 75 + 0 = 15 ⋅ 5 + 0 ist.

Somit gilt:

(47 ⋅ 75) mod 5 ≡ (2 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 6008 mod 757.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 600 -> x
2. mod(x²,757) -> 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: 6001=600

2: 6002=6001+1=6001⋅6001 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 425 mod 757

4: 6004=6002+2=6002⋅6002 ≡ 425⋅425=180625 ≡ 459 mod 757

8: 6008=6004+4=6004⋅6004 ≡ 459⋅459=210681 ≡ 235 mod 757

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 517238 mod 571.

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: 5171=517

2: 5172=5171+1=5171⋅5171 ≡ 517⋅517=267289 ≡ 61 mod 571

4: 5174=5172+2=5172⋅5172 ≡ 61⋅61=3721 ≡ 295 mod 571

8: 5178=5174+4=5174⋅5174 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 233 mod 571

16: 51716=5178+8=5178⋅5178 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 44 mod 571

32: 51732=51716+16=51716⋅51716 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 223 mod 571

64: 51764=51732+32=51732⋅51732 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 52 mod 571

128: 517128=51764+64=51764⋅51764 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 420 mod 571

517238

= 517128+64+32+8+4+2

= 517128⋅51764⋅51732⋅5178⋅5174⋅5172

420 ⋅ 52 ⋅ 223 ⋅ 233 ⋅ 295 ⋅ 61 mod 571
21840 ⋅ 223 ⋅ 233 ⋅ 295 ⋅ 61 mod 571 ≡ 142 ⋅ 223 ⋅ 233 ⋅ 295 ⋅ 61 mod 571
31666 ⋅ 233 ⋅ 295 ⋅ 61 mod 571 ≡ 261 ⋅ 233 ⋅ 295 ⋅ 61 mod 571
60813 ⋅ 295 ⋅ 61 mod 571 ≡ 287 ⋅ 295 ⋅ 61 mod 571
84665 ⋅ 61 mod 571 ≡ 157 ⋅ 61 mod 571
9577 mod 571 ≡ 441 mod 571

Es gilt also: 517238 ≡ 441 mod 571

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 44.

Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 44

=>67 = 1⋅44 + 23
=>44 = 1⋅23 + 21
=>23 = 1⋅21 + 2
=>21 = 10⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,44)=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= 21-10⋅2
2= 23-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -10⋅(23 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -10⋅23 +10⋅ 21)
= -10⋅23 +11⋅ 21 (=1)
21= 44-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -10⋅23 +11⋅(44 -1⋅ 23)
= -10⋅23 +11⋅44 -11⋅ 23)
= 11⋅44 -21⋅ 23 (=1)
23= 67-1⋅44 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 11⋅44 -21⋅(67 -1⋅ 44)
= 11⋅44 -21⋅67 +21⋅ 44)
= -21⋅67 +32⋅ 44 (=1)

Es gilt also: ggt(67,44)=1 = -21⋅67 +32⋅44

oder wenn man -21⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +21⋅67 = +32⋅44

Es gilt also: 32⋅44 = 21⋅67 +1

Somit 32⋅44 = 1 mod 67

32 ist also das Inverse von 44 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.