Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (40002 - 802) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(40002 - 802) mod 8 ≡ (40002 mod 8 - 802 mod 8) mod 8.

40002 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40002 = 40000+2 = 8 ⋅ 5000 +2.

802 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 802 = 800+2 = 8 ⋅ 100 +2.

Somit gilt:

(40002 - 802) mod 8 ≡ (2 - 2) mod 8 ≡ 0 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (17 ⋅ 64) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(17 ⋅ 64) mod 3 ≡ (17 mod 3 ⋅ 64 mod 3) mod 3.

17 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 15 + 2 = 5 ⋅ 3 + 2 ist.

64 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 63 + 1 = 21 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(17 ⋅ 64) mod 3 ≡ (2 ⋅ 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 18332 mod 229.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 183 -> x
2. mod(x²,229) -> 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: 1831=183

2: 1832=1831+1=1831⋅1831 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 55 mod 229

4: 1834=1832+2=1832⋅1832 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 48 mod 229

8: 1838=1834+4=1834⋅1834 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 14 mod 229

16: 18316=1838+8=1838⋅1838 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 229

32: 18332=18316+16=18316⋅18316 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 173 mod 229

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 604181 mod 907.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 181 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 181 an und zerlegen 181 in eine Summer von 2er-Potenzen:

181 = 128+32+16+4+1

1: 6041=604

2: 6042=6041+1=6041⋅6041 ≡ 604⋅604=364816 ≡ 202 mod 907

4: 6044=6042+2=6042⋅6042 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 896 mod 907

8: 6048=6044+4=6044⋅6044 ≡ 896⋅896=802816 ≡ 121 mod 907

16: 60416=6048+8=6048⋅6048 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 129 mod 907

32: 60432=60416+16=60416⋅60416 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 315 mod 907

64: 60464=60432+32=60432⋅60432 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 362 mod 907

128: 604128=60464+64=60464⋅60464 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 436 mod 907

604181

= 604128+32+16+4+1

= 604128⋅60432⋅60416⋅6044⋅6041

≡ 436 ⋅ 315 ⋅ 129 ⋅ 896 ⋅ 604 mod 907
≡ 137340 ⋅ 129 ⋅ 896 ⋅ 604 mod 907 ≡ 383 ⋅ 129 ⋅ 896 ⋅ 604 mod 907
≡ 49407 ⋅ 896 ⋅ 604 mod 907 ≡ 429 ⋅ 896 ⋅ 604 mod 907
≡ 384384 ⋅ 604 mod 907 ≡ 723 ⋅ 604 mod 907
≡ 436692 mod 907 ≡ 425 mod 907

Es gilt also: 604181 ≡ 425 mod 907

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 35

=>79 = 2⋅35 + 9
=>35 = 3⋅9 + 8
=>9 = 1⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,35)=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= 9-1⋅8
8= 35-3⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -1⋅(35 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅35 +3⋅ 9)
= -1⋅35 +4⋅ 9 (=1)
9= 79-2⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅35 +4⋅(79 -2⋅ 35)
= -1⋅35 +4⋅79 -8⋅ 35)
= 4⋅79 -9⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(79,35)=1 = 4⋅79 -9⋅35

oder wenn man 4⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅79 = -9⋅35

-9⋅35 = -4⋅79 + 1 |+79⋅35

-9⋅35 + 79⋅35 = -4⋅79 + 79⋅35 + 1

(-9 + 79) ⋅ 35 = (-4 + 35) ⋅ 79 + 1

70⋅35 = 31⋅79 + 1

Es gilt also: 70⋅35 = 31⋅79 +1

Somit 70⋅35 = 1 mod 79

70 ist also das Inverse von 35 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.