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: (40007 + 398) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(40007 + 398) mod 8 ≡ (40007 mod 8 + 398 mod 8) mod 8.

40007 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40007 = 40000+7 = 8 ⋅ 5000 +7.

398 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 398 = 400-2 = 8 ⋅ 50 -2 = 8 ⋅ 50 - 8 + 6.

Somit gilt:

(40007 + 398) mod 8 ≡ (7 + 6) mod 8 ≡ 13 mod 8 ≡ 5 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 65) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34 ⋅ 65) mod 6 ≡ (34 mod 6 ⋅ 65 mod 6) mod 6.

34 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 30 + 4 = 5 ⋅ 6 + 4 ist.

65 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 60 + 5 = 10 ⋅ 6 + 5 ist.

Somit gilt:

(34 ⋅ 65) mod 6 ≡ (4 ⋅ 5) mod 6 ≡ 20 mod 6 ≡ 2 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 176128 mod 233.

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. 176 -> x
2. mod(x²,233) -> 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: 1761=176

2: 1762=1761+1=1761⋅1761 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 220 mod 233

4: 1764=1762+2=1762⋅1762 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 169 mod 233

8: 1768=1764+4=1764⋅1764 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 135 mod 233

16: 17616=1768+8=1768⋅1768 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 51 mod 233

32: 17632=17616+16=17616⋅17616 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 38 mod 233

64: 17664=17632+32=17632⋅17632 ≡ 38⋅38=1444 ≡ 46 mod 233

128: 176128=17664+64=17664⋅17664 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 19 mod 233

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 392185 mod 683.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 185 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 185 an und zerlegen 185 in eine Summer von 2er-Potenzen:

185 = 128+32+16+8+1

1: 3921=392

2: 3922=3921+1=3921⋅3921 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 672 mod 683

4: 3924=3922+2=3922⋅3922 ≡ 672⋅672=451584 ≡ 121 mod 683

8: 3928=3924+4=3924⋅3924 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 298 mod 683

16: 39216=3928+8=3928⋅3928 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 14 mod 683

32: 39232=39216+16=39216⋅39216 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 683

64: 39264=39232+32=39232⋅39232 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 168 mod 683

128: 392128=39264+64=39264⋅39264 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 221 mod 683

392185

= 392128+32+16+8+1

= 392128⋅39232⋅39216⋅3928⋅3921

221 ⋅ 196 ⋅ 14 ⋅ 298 ⋅ 392 mod 683
43316 ⋅ 14 ⋅ 298 ⋅ 392 mod 683 ≡ 287 ⋅ 14 ⋅ 298 ⋅ 392 mod 683
4018 ⋅ 298 ⋅ 392 mod 683 ≡ 603 ⋅ 298 ⋅ 392 mod 683
179694 ⋅ 392 mod 683 ≡ 65 ⋅ 392 mod 683
25480 mod 683 ≡ 209 mod 683

Es gilt also: 392185 ≡ 209 mod 683

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 32.

Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 32

=>61 = 1⋅32 + 29
=>32 = 1⋅29 + 3
=>29 = 9⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,32)=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= 3-1⋅2
2= 29-9⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(29 -9⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅29 +9⋅ 3)
= -1⋅29 +10⋅ 3 (=1)
3= 32-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅29 +10⋅(32 -1⋅ 29)
= -1⋅29 +10⋅32 -10⋅ 29)
= 10⋅32 -11⋅ 29 (=1)
29= 61-1⋅32 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 10⋅32 -11⋅(61 -1⋅ 32)
= 10⋅32 -11⋅61 +11⋅ 32)
= -11⋅61 +21⋅ 32 (=1)

Es gilt also: ggt(61,32)=1 = -11⋅61 +21⋅32

oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅61 = +21⋅32

Es gilt also: 21⋅32 = 11⋅61 +1

Somit 21⋅32 = 1 mod 61

21 ist also das Inverse von 32 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.