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: (24996 - 1505) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24996 - 1505) mod 5 ≡ (24996 mod 5 - 1505 mod 5) mod 5.

24996 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24996 = 24000+996 = 5 ⋅ 4800 +996.

1505 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1505 = 1500+5 = 5 ⋅ 300 +5.

Somit gilt:

(24996 - 1505) mod 5 ≡ (1 - 0) mod 5 ≡ 1 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (48 ⋅ 96) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(48 ⋅ 96) mod 6 ≡ (48 mod 6 ⋅ 96 mod 6) mod 6.

48 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 48 + 0 = 8 ⋅ 6 + 0 ist.

96 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 96 + 0 = 16 ⋅ 6 + 0 ist.

Somit gilt:

(48 ⋅ 96) mod 6 ≡ (0 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 55564 mod 761.

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. 555 -> x
2. mod(x²,761) -> 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: 5551=555

2: 5552=5551+1=5551⋅5551 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 581 mod 761

4: 5554=5552+2=5552⋅5552 ≡ 581⋅581=337561 ≡ 438 mod 761

8: 5558=5554+4=5554⋅5554 ≡ 438⋅438=191844 ≡ 72 mod 761

16: 55516=5558+8=5558⋅5558 ≡ 72⋅72=5184 ≡ 618 mod 761

32: 55532=55516+16=55516⋅55516 ≡ 618⋅618=381924 ≡ 663 mod 761

64: 55564=55532+32=55532⋅55532 ≡ 663⋅663=439569 ≡ 472 mod 761

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 735234 mod 773.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 234 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 234 an und zerlegen 234 in eine Summer von 2er-Potenzen:

234 = 128+64+32+8+2

1: 7351=735

2: 7352=7351+1=7351⋅7351 ≡ 735⋅735=540225 ≡ 671 mod 773

4: 7354=7352+2=7352⋅7352 ≡ 671⋅671=450241 ≡ 355 mod 773

8: 7358=7354+4=7354⋅7354 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 26 mod 773

16: 73516=7358+8=7358⋅7358 ≡ 26⋅26=676 ≡ 676 mod 773

32: 73532=73516+16=73516⋅73516 ≡ 676⋅676=456976 ≡ 133 mod 773

64: 73564=73532+32=73532⋅73532 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 683 mod 773

128: 735128=73564+64=73564⋅73564 ≡ 683⋅683=466489 ≡ 370 mod 773

735234

= 735128+64+32+8+2

= 735128⋅73564⋅73532⋅7358⋅7352

370 ⋅ 683 ⋅ 133 ⋅ 26 ⋅ 671 mod 773
252710 ⋅ 133 ⋅ 26 ⋅ 671 mod 773 ≡ 712 ⋅ 133 ⋅ 26 ⋅ 671 mod 773
94696 ⋅ 26 ⋅ 671 mod 773 ≡ 390 ⋅ 26 ⋅ 671 mod 773
10140 ⋅ 671 mod 773 ≡ 91 ⋅ 671 mod 773
61061 mod 773 ≡ 767 mod 773

Es gilt also: 735234 ≡ 767 mod 773

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 78.

Also bestimme x, so dass 78 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 78

=>97 = 1⋅78 + 19
=>78 = 4⋅19 + 2
=>19 = 9⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,78)=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= 19-9⋅2
2= 78-4⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅19 -9⋅(78 -4⋅ 19)
= 1⋅19 -9⋅78 +36⋅ 19)
= -9⋅78 +37⋅ 19 (=1)
19= 97-1⋅78 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -9⋅78 +37⋅(97 -1⋅ 78)
= -9⋅78 +37⋅97 -37⋅ 78)
= 37⋅97 -46⋅ 78 (=1)

Es gilt also: ggt(97,78)=1 = 37⋅97 -46⋅78

oder wenn man 37⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -37⋅97 = -46⋅78

-46⋅78 = -37⋅97 + 1 |+97⋅78

-46⋅78 + 97⋅78 = -37⋅97 + 97⋅78 + 1

(-46 + 97) ⋅ 78 = (-37 + 78) ⋅ 97 + 1

51⋅78 = 41⋅97 + 1

Es gilt also: 51⋅78 = 41⋅97 +1

Somit 51⋅78 = 1 mod 97

51 ist also das Inverse von 78 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.