Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1793 + 3607) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1793 + 3607) mod 9 ≡ (1793 mod 9 + 3607 mod 9) mod 9.

1793 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1793 = 1800-7 = 9 ⋅ 200 -7 = 9 ⋅ 200 - 9 + 2.

3607 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3607 = 3600+7 = 9 ⋅ 400 +7.

Somit gilt:

(1793 + 3607) mod 9 ≡ (2 + 7) mod 9 ≡ 9 mod 9 ≡ 0 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 41) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(63 ⋅ 41) mod 7 ≡ (63 mod 7 ⋅ 41 mod 7) mod 7.

63 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 63 + 0 = 9 ⋅ 7 + 0 ist.

41 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 35 + 6 = 5 ⋅ 7 + 6 ist.

Somit gilt:

(63 ⋅ 41) mod 7 ≡ (0 ⋅ 6) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 292128 mod 431.

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. 292 -> x
2. mod(x²,431) -> 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: 2921=292

2: 2922=2921+1=2921⋅2921 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 357 mod 431

4: 2924=2922+2=2922⋅2922 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 304 mod 431

8: 2928=2924+4=2924⋅2924 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 182 mod 431

16: 29216=2928+8=2928⋅2928 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 368 mod 431

32: 29232=29216+16=29216⋅29216 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 90 mod 431

64: 29264=29232+32=29232⋅29232 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 342 mod 431

128: 292128=29264+64=29264⋅29264 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 163 mod 431

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 26660 mod 461.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 60 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 60 an und zerlegen 60 in eine Summer von 2er-Potenzen:

60 = 32+16+8+4

1: 2661=266

2: 2662=2661+1=2661⋅2661 ≡ 266⋅266=70756 ≡ 223 mod 461

4: 2664=2662+2=2662⋅2662 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 402 mod 461

8: 2668=2664+4=2664⋅2664 ≡ 402⋅402=161604 ≡ 254 mod 461

16: 26616=2668+8=2668⋅2668 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 437 mod 461

32: 26632=26616+16=26616⋅26616 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 115 mod 461

26660

= 26632+16+8+4

= 26632⋅26616⋅2668⋅2664

115 ⋅ 437 ⋅ 254 ⋅ 402 mod 461
50255 ⋅ 254 ⋅ 402 mod 461 ≡ 6 ⋅ 254 ⋅ 402 mod 461
1524 ⋅ 402 mod 461 ≡ 141 ⋅ 402 mod 461
56682 mod 461 ≡ 440 mod 461

Es gilt also: 26660 ≡ 440 mod 461

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 43.

Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 43

=>83 = 1⋅43 + 40
=>43 = 1⋅40 + 3
=>40 = 13⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,43)=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= 40-13⋅3
3= 43-1⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅40 -13⋅(43 -1⋅ 40)
= 1⋅40 -13⋅43 +13⋅ 40)
= -13⋅43 +14⋅ 40 (=1)
40= 83-1⋅43 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -13⋅43 +14⋅(83 -1⋅ 43)
= -13⋅43 +14⋅83 -14⋅ 43)
= 14⋅83 -27⋅ 43 (=1)

Es gilt also: ggt(83,43)=1 = 14⋅83 -27⋅43

oder wenn man 14⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -14⋅83 = -27⋅43

-27⋅43 = -14⋅83 + 1 |+83⋅43

-27⋅43 + 83⋅43 = -14⋅83 + 83⋅43 + 1

(-27 + 83) ⋅ 43 = (-14 + 43) ⋅ 83 + 1

56⋅43 = 29⋅83 + 1

Es gilt also: 56⋅43 = 29⋅83 +1

Somit 56⋅43 = 1 mod 83

56 ist also das Inverse von 43 mod 83

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.