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: (6000 - 150) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(6000 - 150) mod 3 ≡ (6000 mod 3 - 150 mod 3) mod 3.

6000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6000 = 6000+0 = 3 ⋅ 2000 +0.

150 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 150 = 150+0 = 3 ⋅ 50 +0.

Somit gilt:

(6000 - 150) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (47 ⋅ 46) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(47 ⋅ 46) mod 9 ≡ (47 mod 9 ⋅ 46 mod 9) mod 9.

47 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 45 + 2 = 5 ⋅ 9 + 2 ist.

46 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 5 ⋅ 9 + 1 ist.

Somit gilt:

(47 ⋅ 46) mod 9 ≡ (2 ⋅ 1) mod 9 ≡ 2 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 408128 mod 487.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 408 -> x
2. mod(x²,487) -> 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: 4081=408

2: 4082=4081+1=4081⋅4081 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 397 mod 487

4: 4084=4082+2=4082⋅4082 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 308 mod 487

8: 4088=4084+4=4084⋅4084 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 386 mod 487

16: 40816=4088+8=4088⋅4088 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 461 mod 487

32: 40832=40816+16=40816⋅40816 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 189 mod 487

64: 40864=40832+32=40832⋅40832 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 170 mod 487

128: 408128=40864+64=40864⋅40864 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 167 mod 487

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 397245 mod 617.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:

245 = 128+64+32+16+4+1

1: 3971=397

2: 3972=3971+1=3971⋅3971 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 274 mod 617

4: 3974=3972+2=3972⋅3972 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 419 mod 617

8: 3978=3974+4=3974⋅3974 ≡ 419⋅419=175561 ≡ 333 mod 617

16: 39716=3978+8=3978⋅3978 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 446 mod 617

32: 39732=39716+16=39716⋅39716 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 242 mod 617

64: 39764=39732+32=39732⋅39732 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 566 mod 617

128: 397128=39764+64=39764⋅39764 ≡ 566⋅566=320356 ≡ 133 mod 617

397245

= 397128+64+32+16+4+1

= 397128⋅39764⋅39732⋅39716⋅3974⋅3971

133 ⋅ 566 ⋅ 242 ⋅ 446 ⋅ 419 ⋅ 397 mod 617
75278 ⋅ 242 ⋅ 446 ⋅ 419 ⋅ 397 mod 617 ≡ 4 ⋅ 242 ⋅ 446 ⋅ 419 ⋅ 397 mod 617
968 ⋅ 446 ⋅ 419 ⋅ 397 mod 617 ≡ 351 ⋅ 446 ⋅ 419 ⋅ 397 mod 617
156546 ⋅ 419 ⋅ 397 mod 617 ≡ 445 ⋅ 419 ⋅ 397 mod 617
186455 ⋅ 397 mod 617 ≡ 121 ⋅ 397 mod 617
48037 mod 617 ≡ 528 mod 617

Es gilt also: 397245 ≡ 528 mod 617

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 32.

Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 32

=>83 = 2⋅32 + 19
=>32 = 1⋅19 + 13
=>19 = 1⋅13 + 6
=>13 = 2⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,32)=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= 32-1⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅19 +3⋅(32 -1⋅ 19)
= -2⋅19 +3⋅32 -3⋅ 19)
= 3⋅32 -5⋅ 19 (=1)
19= 83-2⋅32 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅32 -5⋅(83 -2⋅ 32)
= 3⋅32 -5⋅83 +10⋅ 32)
= -5⋅83 +13⋅ 32 (=1)

Es gilt also: ggt(83,32)=1 = -5⋅83 +13⋅32

oder wenn man -5⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅83 = +13⋅32

Es gilt also: 13⋅32 = 5⋅83 +1

Somit 13⋅32 = 1 mod 83

13 ist also das Inverse von 32 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.