Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (16002 + 248) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(16002 + 248) mod 8 ≡ (16002 mod 8 + 248 mod 8) mod 8.

16002 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16002 = 16000+2 = 8 ⋅ 2000 +2.

248 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 248 = 240+8 = 8 ⋅ 30 +8.

Somit gilt:

(16002 + 248) mod 8 ≡ (2 + 0) mod 8 ≡ 2 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 93) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 93) mod 6 ≡ (58 mod 6 ⋅ 93 mod 6) mod 6.

58 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 54 + 4 = 9 ⋅ 6 + 4 ist.

93 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 15 ⋅ 6 + 3 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 93) mod 6 ≡ (4 ⋅ 3) mod 6 ≡ 12 mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 6598 mod 859.

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. 659 -> x
2. mod(x²,859) -> 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: 6591=659

2: 6592=6591+1=6591⋅6591 ≡ 659⋅659=434281 ≡ 486 mod 859

4: 6594=6592+2=6592⋅6592 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 830 mod 859

8: 6598=6594+4=6594⋅6594 ≡ 830⋅830=688900 ≡ 841 mod 859

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 460172 mod 757.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 172 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 172 an und zerlegen 172 in eine Summer von 2er-Potenzen:

172 = 128+32+8+4

1: 4601=460

2: 4602=4601+1=4601⋅4601 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 397 mod 757

4: 4604=4602+2=4602⋅4602 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 153 mod 757

8: 4608=4604+4=4604⋅4604 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 699 mod 757

16: 46016=4608+8=4608⋅4608 ≡ 699⋅699=488601 ≡ 336 mod 757

32: 46032=46016+16=46016⋅46016 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 103 mod 757

64: 46064=46032+32=46032⋅46032 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 11 mod 757

128: 460128=46064+64=46064⋅46064 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 757

460172

= 460128+32+8+4

= 460128⋅46032⋅4608⋅4604

121 ⋅ 103 ⋅ 699 ⋅ 153 mod 757
12463 ⋅ 699 ⋅ 153 mod 757 ≡ 351 ⋅ 699 ⋅ 153 mod 757
245349 ⋅ 153 mod 757 ≡ 81 ⋅ 153 mod 757
12393 mod 757 ≡ 281 mod 757

Es gilt also: 460172 ≡ 281 mod 757

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 46

=>53 = 1⋅46 + 7
=>46 = 6⋅7 + 4
=>7 = 1⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,46)=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= 4-1⋅3
3= 7-1⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(7 -1⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅7 +1⋅ 4)
= -1⋅7 +2⋅ 4 (=1)
4= 46-6⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅7 +2⋅(46 -6⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅46 -12⋅ 7)
= 2⋅46 -13⋅ 7 (=1)
7= 53-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅46 -13⋅(53 -1⋅ 46)
= 2⋅46 -13⋅53 +13⋅ 46)
= -13⋅53 +15⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(53,46)=1 = -13⋅53 +15⋅46

oder wenn man -13⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅53 = +15⋅46

Es gilt also: 15⋅46 = 13⋅53 +1

Somit 15⋅46 = 1 mod 53

15 ist also das Inverse von 46 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.