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: (16002 - 797) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(16002 - 797) mod 4 ≡ (16002 mod 4 - 797 mod 4) mod 4.

16002 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16002 = 16000+2 = 4 ⋅ 4000 +2.

797 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 797 = 700+97 = 4 ⋅ 175 +97.

Somit gilt:

(16002 - 797) mod 4 ≡ (2 - 1) mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 94) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(74 ⋅ 94) mod 9 ≡ (74 mod 9 ⋅ 94 mod 9) mod 9.

74 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 8 ⋅ 9 + 2 ist.

94 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 90 + 4 = 10 ⋅ 9 + 4 ist.

Somit gilt:

(74 ⋅ 94) mod 9 ≡ (2 ⋅ 4) mod 9 ≡ 8 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 22864 mod 439.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 228 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 2281=228

2: 2282=2281+1=2281⋅2281 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 182 mod 439

4: 2284=2282+2=2282⋅2282 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 199 mod 439

8: 2288=2284+4=2284⋅2284 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 91 mod 439

16: 22816=2288+8=2288⋅2288 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 379 mod 439

32: 22832=22816+16=22816⋅22816 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 88 mod 439

64: 22864=22832+32=22832⋅22832 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 281 mod 439

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 568183 mod 673.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 183 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 183 an und zerlegen 183 in eine Summer von 2er-Potenzen:

183 = 128+32+16+4+2+1

1: 5681=568

2: 5682=5681+1=5681⋅5681 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 257 mod 673

4: 5684=5682+2=5682⋅5682 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 95 mod 673

8: 5688=5684+4=5684⋅5684 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 276 mod 673

16: 56816=5688+8=5688⋅5688 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 127 mod 673

32: 56832=56816+16=56816⋅56816 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 650 mod 673

64: 56864=56832+32=56832⋅56832 ≡ 650⋅650=422500 ≡ 529 mod 673

128: 568128=56864+64=56864⋅56864 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 546 mod 673

568183

= 568128+32+16+4+2+1

= 568128⋅56832⋅56816⋅5684⋅5682⋅5681

≡ 546 ⋅ 650 ⋅ 127 ⋅ 95 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673
≡ 354900 ⋅ 127 ⋅ 95 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673 ≡ 229 ⋅ 127 ⋅ 95 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673
≡ 29083 ⋅ 95 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673 ≡ 144 ⋅ 95 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673
≡ 13680 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673 ≡ 220 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673
≡ 56540 ⋅ 568 mod 673 ≡ 8 ⋅ 568 mod 673
≡ 4544 mod 673 ≡ 506 mod 673

Es gilt also: 568183 ≡ 506 mod 673

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 24.

Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 24

=>53 = 2⋅24 + 5
=>24 = 4⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,24)=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= 5-1⋅4
4= 24-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(24 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅24 +4⋅ 5)
= -1⋅24 +5⋅ 5 (=1)
5= 53-2⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅24 +5⋅(53 -2⋅ 24)
= -1⋅24 +5⋅53 -10⋅ 24)
= 5⋅53 -11⋅ 24 (=1)

Es gilt also: ggt(53,24)=1 = 5⋅53 -11⋅24

oder wenn man 5⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅53 = -11⋅24

-11⋅24 = -5⋅53 + 1 |+53⋅24

-11⋅24 + 53⋅24 = -5⋅53 + 53⋅24 + 1

(-11 + 53) ⋅ 24 = (-5 + 24) ⋅ 53 + 1

42⋅24 = 19⋅53 + 1

Es gilt also: 42⋅24 = 19⋅53 +1

Somit 42⋅24 = 1 mod 53

42 ist also das Inverse von 24 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.