Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (796 + 16000) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(796 + 16000) mod 4 ≡ (796 mod 4 + 16000 mod 4) mod 4.

796 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 796 = 700+96 = 4 ⋅ 175 +96.

16000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16000 = 16000+0 = 4 ⋅ 4000 +0.

Somit gilt:

(796 + 16000) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (16 ⋅ 80) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(16 ⋅ 80) mod 4 ≡ (16 mod 4 ⋅ 80 mod 4) mod 4.

16 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 16 + 0 = 4 ⋅ 4 + 0 ist.

80 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80 + 0 = 20 ⋅ 4 + 0 ist.

Somit gilt:

(16 ⋅ 80) mod 4 ≡ (0 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 19916 mod 331.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 199 -> x
2. mod(x²,331) -> 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: 1991=199

2: 1992=1991+1=1991⋅1991 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 212 mod 331

4: 1994=1992+2=1992⋅1992 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 259 mod 331

8: 1998=1994+4=1994⋅1994 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 219 mod 331

16: 19916=1998+8=1998⋅1998 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 297 mod 331

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 47863 mod 727.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 63 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 63 an und zerlegen 63 in eine Summer von 2er-Potenzen:

63 = 32+16+8+4+2+1

1: 4781=478

2: 4782=4781+1=4781⋅4781 ≡ 478⋅478=228484 ≡ 206 mod 727

4: 4784=4782+2=4782⋅4782 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 270 mod 727

8: 4788=4784+4=4784⋅4784 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 200 mod 727

16: 47816=4788+8=4788⋅4788 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 15 mod 727

32: 47832=47816+16=47816⋅47816 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 727

47863

= 47832+16+8+4+2+1

= 47832⋅47816⋅4788⋅4784⋅4782⋅4781

225 ⋅ 15 ⋅ 200 ⋅ 270 ⋅ 206 ⋅ 478 mod 727
3375 ⋅ 200 ⋅ 270 ⋅ 206 ⋅ 478 mod 727 ≡ 467 ⋅ 200 ⋅ 270 ⋅ 206 ⋅ 478 mod 727
93400 ⋅ 270 ⋅ 206 ⋅ 478 mod 727 ≡ 344 ⋅ 270 ⋅ 206 ⋅ 478 mod 727
92880 ⋅ 206 ⋅ 478 mod 727 ≡ 551 ⋅ 206 ⋅ 478 mod 727
113506 ⋅ 478 mod 727 ≡ 94 ⋅ 478 mod 727
44932 mod 727 ≡ 585 mod 727

Es gilt also: 47863 ≡ 585 mod 727

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 70.

Also bestimme x, so dass 70 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 70

=>89 = 1⋅70 + 19
=>70 = 3⋅19 + 13
=>19 = 1⋅13 + 6
=>13 = 2⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,70)=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= 13-2⋅6
6= 19-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -2⋅(19 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅19 +2⋅ 13)
= -2⋅19 +3⋅ 13 (=1)
13= 70-3⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅19 +3⋅(70 -3⋅ 19)
= -2⋅19 +3⋅70 -9⋅ 19)
= 3⋅70 -11⋅ 19 (=1)
19= 89-1⋅70 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅70 -11⋅(89 -1⋅ 70)
= 3⋅70 -11⋅89 +11⋅ 70)
= -11⋅89 +14⋅ 70 (=1)

Es gilt also: ggt(89,70)=1 = -11⋅89 +14⋅70

oder wenn man -11⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅89 = +14⋅70

Es gilt also: 14⋅70 = 11⋅89 +1

Somit 14⋅70 = 1 mod 89

14 ist also das Inverse von 70 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.