Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1497 - 89) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1497 - 89) mod 3 ≡ (1497 mod 3 - 89 mod 3) mod 3.

1497 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1497 = 1500-3 = 3 ⋅ 500 -3 = 3 ⋅ 500 - 3 + 0.

89 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 90-1 = 3 ⋅ 30 -1 = 3 ⋅ 30 - 3 + 2.

Somit gilt:

(1497 - 89) mod 3 ≡ (0 - 2) mod 3 ≡ -2 mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 44) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 44) mod 7 ≡ (58 mod 7 ⋅ 44 mod 7) mod 7.

58 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 8 ⋅ 7 + 2 ist.

44 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 42 + 2 = 6 ⋅ 7 + 2 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 44) mod 7 ≡ (2 ⋅ 2) mod 7 ≡ 4 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 41132 mod 653.

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. 411 -> x
2. mod(x²,653) -> 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: 4111=411

2: 4112=4111+1=4111⋅4111 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 447 mod 653

4: 4114=4112+2=4112⋅4112 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 644 mod 653

8: 4118=4114+4=4114⋅4114 ≡ 644⋅644=414736 ≡ 81 mod 653

16: 41116=4118+8=4118⋅4118 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 31 mod 653

32: 41132=41116+16=41116⋅41116 ≡ 31⋅31=961 ≡ 308 mod 653

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 493133 mod 503.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 133 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 133 an und zerlegen 133 in eine Summer von 2er-Potenzen:

133 = 128+4+1

1: 4931=493

2: 4932=4931+1=4931⋅4931 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 100 mod 503

4: 4934=4932+2=4932⋅4932 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 443 mod 503

8: 4938=4934+4=4934⋅4934 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 79 mod 503

16: 49316=4938+8=4938⋅4938 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 205 mod 503

32: 49332=49316+16=49316⋅49316 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 276 mod 503

64: 49364=49332+32=49332⋅49332 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 223 mod 503

128: 493128=49364+64=49364⋅49364 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 435 mod 503

493133

= 493128+4+1

= 493128⋅4934⋅4931

435 ⋅ 443 ⋅ 493 mod 503
192705 ⋅ 493 mod 503 ≡ 56 ⋅ 493 mod 503
27608 mod 503 ≡ 446 mod 503

Es gilt also: 493133 ≡ 446 mod 503

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 84.

Also bestimme x, so dass 84 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 84

=>97 = 1⋅84 + 13
=>84 = 6⋅13 + 6
=>13 = 2⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,84)=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= 84-6⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -2⋅(84 -6⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅84 +12⋅ 13)
= -2⋅84 +13⋅ 13 (=1)
13= 97-1⋅84 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅84 +13⋅(97 -1⋅ 84)
= -2⋅84 +13⋅97 -13⋅ 84)
= 13⋅97 -15⋅ 84 (=1)

Es gilt also: ggt(97,84)=1 = 13⋅97 -15⋅84

oder wenn man 13⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅97 = -15⋅84

-15⋅84 = -13⋅97 + 1 |+97⋅84

-15⋅84 + 97⋅84 = -13⋅97 + 97⋅84 + 1

(-15 + 97) ⋅ 84 = (-13 + 84) ⋅ 97 + 1

82⋅84 = 71⋅97 + 1

Es gilt also: 82⋅84 = 71⋅97 +1

Somit 82⋅84 = 1 mod 97

82 ist also das Inverse von 84 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.