Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (73 + 35007) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(73 + 35007) mod 7 ≡ (73 mod 7 + 35007 mod 7) mod 7.

73 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 70+3 = 7 ⋅ 10 +3.

35007 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35007 = 35000+7 = 7 ⋅ 5000 +7.

Somit gilt:

(73 + 35007) mod 7 ≡ (3 + 0) mod 7 ≡ 3 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (96 ⋅ 96) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(96 ⋅ 96) mod 7 ≡ (96 mod 7 ⋅ 96 mod 7) mod 7.

96 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 91 + 5 = 13 ⋅ 7 + 5 ist.

96 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 91 + 5 = 13 ⋅ 7 + 5 ist.

Somit gilt:

(96 ⋅ 96) mod 7 ≡ (5 ⋅ 5) mod 7 ≡ 25 mod 7 ≡ 4 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 83432 mod 839.

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. 834 -> x
2. mod(x²,839) -> 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: 8341=834

2: 8342=8341+1=8341⋅8341 ≡ 834⋅834=695556 ≡ 25 mod 839

4: 8344=8342+2=8342⋅8342 ≡ 25⋅25=625 ≡ 625 mod 839

8: 8348=8344+4=8344⋅8344 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 490 mod 839

16: 83416=8348+8=8348⋅8348 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 146 mod 839

32: 83432=83416+16=83416⋅83416 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 341 mod 839

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 446238 mod 491.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 238 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 238 an und zerlegen 238 in eine Summer von 2er-Potenzen:

238 = 128+64+32+8+4+2

1: 4461=446

2: 4462=4461+1=4461⋅4461 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 61 mod 491

4: 4464=4462+2=4462⋅4462 ≡ 61⋅61=3721 ≡ 284 mod 491

8: 4468=4464+4=4464⋅4464 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 132 mod 491

16: 44616=4468+8=4468⋅4468 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 239 mod 491

32: 44632=44616+16=44616⋅44616 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 165 mod 491

64: 44664=44632+32=44632⋅44632 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 220 mod 491

128: 446128=44664+64=44664⋅44664 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 282 mod 491

446238

= 446128+64+32+8+4+2

= 446128⋅44664⋅44632⋅4468⋅4464⋅4462

282 ⋅ 220 ⋅ 165 ⋅ 132 ⋅ 284 ⋅ 61 mod 491
62040 ⋅ 165 ⋅ 132 ⋅ 284 ⋅ 61 mod 491 ≡ 174 ⋅ 165 ⋅ 132 ⋅ 284 ⋅ 61 mod 491
28710 ⋅ 132 ⋅ 284 ⋅ 61 mod 491 ≡ 232 ⋅ 132 ⋅ 284 ⋅ 61 mod 491
30624 ⋅ 284 ⋅ 61 mod 491 ≡ 182 ⋅ 284 ⋅ 61 mod 491
51688 ⋅ 61 mod 491 ≡ 133 ⋅ 61 mod 491
8113 mod 491 ≡ 257 mod 491

Es gilt also: 446238 ≡ 257 mod 491

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 52

=>59 = 1⋅52 + 7
=>52 = 7⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,52)=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= 7-2⋅3
3= 52-7⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(52 -7⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅52 +14⋅ 7)
= -2⋅52 +15⋅ 7 (=1)
7= 59-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅52 +15⋅(59 -1⋅ 52)
= -2⋅52 +15⋅59 -15⋅ 52)
= 15⋅59 -17⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(59,52)=1 = 15⋅59 -17⋅52

oder wenn man 15⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -15⋅59 = -17⋅52

-17⋅52 = -15⋅59 + 1 |+59⋅52

-17⋅52 + 59⋅52 = -15⋅59 + 59⋅52 + 1

(-17 + 59) ⋅ 52 = (-15 + 52) ⋅ 59 + 1

42⋅52 = 37⋅59 + 1

Es gilt also: 42⋅52 = 37⋅59 +1

Somit 42⋅52 = 1 mod 59

42 ist also das Inverse von 52 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.