Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2695 - 179) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2695 - 179) mod 9 ≡ (2695 mod 9 - 179 mod 9) mod 9.

2695 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2695 = 2700-5 = 9 ⋅ 300 -5 = 9 ⋅ 300 - 9 + 4.

179 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 179 = 180-1 = 9 ⋅ 20 -1 = 9 ⋅ 20 - 9 + 8.

Somit gilt:

(2695 - 179) mod 9 ≡ (4 - 8) mod 9 ≡ -4 mod 9 ≡ 5 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (59 ⋅ 69) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(59 ⋅ 69) mod 8 ≡ (59 mod 8 ⋅ 69 mod 8) mod 8.

59 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 56 + 3 = 7 ⋅ 8 + 3 ist.

69 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 64 + 5 = 8 ⋅ 8 + 5 ist.

Somit gilt:

(59 ⋅ 69) mod 8 ≡ (3 ⋅ 5) mod 8 ≡ 15 mod 8 ≡ 7 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 28064 mod 311.

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. 280 -> x
2. mod(x²,311) -> 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: 2801=280

2: 2802=2801+1=2801⋅2801 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 28 mod 311

4: 2804=2802+2=2802⋅2802 ≡ 28⋅28=784 ≡ 162 mod 311

8: 2808=2804+4=2804⋅2804 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 120 mod 311

16: 28016=2808+8=2808⋅2808 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 94 mod 311

32: 28032=28016+16=28016⋅28016 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 128 mod 311

64: 28064=28032+32=28032⋅28032 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 212 mod 311

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 578148 mod 883.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 148 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 148 an und zerlegen 148 in eine Summer von 2er-Potenzen:

148 = 128+16+4

1: 5781=578

2: 5782=5781+1=5781⋅5781 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 310 mod 883

4: 5784=5782+2=5782⋅5782 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 736 mod 883

8: 5788=5784+4=5784⋅5784 ≡ 736⋅736=541696 ≡ 417 mod 883

16: 57816=5788+8=5788⋅5788 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 821 mod 883

32: 57832=57816+16=57816⋅57816 ≡ 821⋅821=674041 ≡ 312 mod 883

64: 57864=57832+32=57832⋅57832 ≡ 312⋅312=97344 ≡ 214 mod 883

128: 578128=57864+64=57864⋅57864 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 763 mod 883

578148

= 578128+16+4

= 578128⋅57816⋅5784

763 ⋅ 821 ⋅ 736 mod 883
626423 ⋅ 736 mod 883 ≡ 376 ⋅ 736 mod 883
276736 mod 883 ≡ 357 mod 883

Es gilt also: 578148 ≡ 357 mod 883

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 52

=>73 = 1⋅52 + 21
=>52 = 2⋅21 + 10
=>21 = 2⋅10 + 1
=>10 = 10⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,52)=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= 21-2⋅10
10= 52-2⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -2⋅(52 -2⋅ 21)
= 1⋅21 -2⋅52 +4⋅ 21)
= -2⋅52 +5⋅ 21 (=1)
21= 73-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅52 +5⋅(73 -1⋅ 52)
= -2⋅52 +5⋅73 -5⋅ 52)
= 5⋅73 -7⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(73,52)=1 = 5⋅73 -7⋅52

oder wenn man 5⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅73 = -7⋅52

-7⋅52 = -5⋅73 + 1 |+73⋅52

-7⋅52 + 73⋅52 = -5⋅73 + 73⋅52 + 1

(-7 + 73) ⋅ 52 = (-5 + 52) ⋅ 73 + 1

66⋅52 = 47⋅73 + 1

Es gilt also: 66⋅52 = 47⋅73 +1

Somit 66⋅52 = 1 mod 73

66 ist also das Inverse von 52 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.