Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (796 - 159) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(796 - 159) mod 4 ≡ (796 mod 4 - 159 mod 4) mod 4.

796 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 796 = 700+96 = 4 ⋅ 175 +96.

159 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 159 = 160-1 = 4 ⋅ 40 -1 = 4 ⋅ 40 - 4 + 3.

Somit gilt:

(796 - 159) mod 4 ≡ (0 - 3) mod 4 ≡ -3 mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 32) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(52 ⋅ 32) mod 6 ≡ (52 mod 6 ⋅ 32 mod 6) mod 6.

52 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 48 + 4 = 8 ⋅ 6 + 4 ist.

32 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 30 + 2 = 5 ⋅ 6 + 2 ist.

Somit gilt:

(52 ⋅ 32) mod 6 ≡ (4 ⋅ 2) mod 6 ≡ 8 mod 6 ≡ 2 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 508128 mod 911.

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. 508 -> x
2. mod(x²,911) -> 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: 5081=508

2: 5082=5081+1=5081⋅5081 ≡ 508⋅508=258064 ≡ 251 mod 911

4: 5084=5082+2=5082⋅5082 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 142 mod 911

8: 5088=5084+4=5084⋅5084 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 122 mod 911

16: 50816=5088+8=5088⋅5088 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 308 mod 911

32: 50832=50816+16=50816⋅50816 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 120 mod 911

64: 50864=50832+32=50832⋅50832 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 735 mod 911

128: 508128=50864+64=50864⋅50864 ≡ 735⋅735=540225 ≡ 2 mod 911

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 360253 mod 419.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 253 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 253 an und zerlegen 253 in eine Summer von 2er-Potenzen:

253 = 128+64+32+16+8+4+1

1: 3601=360

2: 3602=3601+1=3601⋅3601 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 129 mod 419

4: 3604=3602+2=3602⋅3602 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 300 mod 419

8: 3608=3604+4=3604⋅3604 ≡ 300⋅300=90000 ≡ 334 mod 419

16: 36016=3608+8=3608⋅3608 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 102 mod 419

32: 36032=36016+16=36016⋅36016 ≡ 102⋅102=10404 ≡ 348 mod 419

64: 36064=36032+32=36032⋅36032 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 13 mod 419

128: 360128=36064+64=36064⋅36064 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 419

360253

= 360128+64+32+16+8+4+1

= 360128⋅36064⋅36032⋅36016⋅3608⋅3604⋅3601

169 ⋅ 13 ⋅ 348 ⋅ 102 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419
2197 ⋅ 348 ⋅ 102 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419 ≡ 102 ⋅ 348 ⋅ 102 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419
35496 ⋅ 102 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419 ≡ 300 ⋅ 102 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419
30600 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419 ≡ 13 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419
4342 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419 ≡ 152 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419
45600 ⋅ 360 mod 419 ≡ 348 ⋅ 360 mod 419
125280 mod 419 ≡ 418 mod 419

Es gilt also: 360253 ≡ 418 mod 419

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 74.

Also bestimme x, so dass 74 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 74

=>89 = 1⋅74 + 15
=>74 = 4⋅15 + 14
=>15 = 1⋅14 + 1
=>14 = 14⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,74)=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= 15-1⋅14
14= 74-4⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅15 -1⋅(74 -4⋅ 15)
= 1⋅15 -1⋅74 +4⋅ 15)
= -1⋅74 +5⋅ 15 (=1)
15= 89-1⋅74 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅74 +5⋅(89 -1⋅ 74)
= -1⋅74 +5⋅89 -5⋅ 74)
= 5⋅89 -6⋅ 74 (=1)

Es gilt also: ggt(89,74)=1 = 5⋅89 -6⋅74

oder wenn man 5⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅89 = -6⋅74

-6⋅74 = -5⋅89 + 1 |+89⋅74

-6⋅74 + 89⋅74 = -5⋅89 + 89⋅74 + 1

(-6 + 89) ⋅ 74 = (-5 + 74) ⋅ 89 + 1

83⋅74 = 69⋅89 + 1

Es gilt also: 83⋅74 = 69⋅89 +1

Somit 83⋅74 = 1 mod 89

83 ist also das Inverse von 74 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.