Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (11999 - 12000) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(11999 - 12000) mod 3 ≡ (11999 mod 3 - 12000 mod 3) mod 3.

11999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11999 = 12000-1 = 3 ⋅ 4000 -1 = 3 ⋅ 4000 - 3 + 2.

12000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000 = 12000+0 = 3 ⋅ 4000 +0.

Somit gilt:

(11999 - 12000) mod 3 ≡ (2 - 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (31 ⋅ 58) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(31 ⋅ 58) mod 8 ≡ (31 mod 8 ⋅ 58 mod 8) mod 8.

31 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 24 + 7 = 3 ⋅ 8 + 7 ist.

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

Somit gilt:

(31 ⋅ 58) mod 8 ≡ (7 ⋅ 2) mod 8 ≡ 14 mod 8 ≡ 6 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 43664 mod 773.

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. 436 -> x
2. mod(x²,773) -> 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: 4361=436

2: 4362=4361+1=4361⋅4361 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 711 mod 773

4: 4364=4362+2=4362⋅4362 ≡ 711⋅711=505521 ≡ 752 mod 773

8: 4368=4364+4=4364⋅4364 ≡ 752⋅752=565504 ≡ 441 mod 773

16: 43616=4368+8=4368⋅4368 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 458 mod 773

32: 43632=43616+16=43616⋅43616 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 281 mod 773

64: 43664=43632+32=43632⋅43632 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 115 mod 773

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 278189 mod 281.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 189 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 189 an und zerlegen 189 in eine Summer von 2er-Potenzen:

189 = 128+32+16+8+4+1

1: 2781=278

2: 2782=2781+1=2781⋅2781 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 9 mod 281

4: 2784=2782+2=2782⋅2782 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 281

8: 2788=2784+4=2784⋅2784 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 98 mod 281

16: 27816=2788+8=2788⋅2788 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 50 mod 281

32: 27832=27816+16=27816⋅27816 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 252 mod 281

64: 27864=27832+32=27832⋅27832 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 279 mod 281

128: 278128=27864+64=27864⋅27864 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 4 mod 281

278189

= 278128+32+16+8+4+1

= 278128⋅27832⋅27816⋅2788⋅2784⋅2781

4 ⋅ 252 ⋅ 50 ⋅ 98 ⋅ 81 ⋅ 278 mod 281
1008 ⋅ 50 ⋅ 98 ⋅ 81 ⋅ 278 mod 281 ≡ 165 ⋅ 50 ⋅ 98 ⋅ 81 ⋅ 278 mod 281
8250 ⋅ 98 ⋅ 81 ⋅ 278 mod 281 ≡ 101 ⋅ 98 ⋅ 81 ⋅ 278 mod 281
9898 ⋅ 81 ⋅ 278 mod 281 ≡ 63 ⋅ 81 ⋅ 278 mod 281
5103 ⋅ 278 mod 281 ≡ 45 ⋅ 278 mod 281
12510 mod 281 ≡ 146 mod 281

Es gilt also: 278189 ≡ 146 mod 281

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 35

=>79 = 2⋅35 + 9
=>35 = 3⋅9 + 8
=>9 = 1⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,35)=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= 9-1⋅8
8= 35-3⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -1⋅(35 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅35 +3⋅ 9)
= -1⋅35 +4⋅ 9 (=1)
9= 79-2⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅35 +4⋅(79 -2⋅ 35)
= -1⋅35 +4⋅79 -8⋅ 35)
= 4⋅79 -9⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(79,35)=1 = 4⋅79 -9⋅35

oder wenn man 4⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅79 = -9⋅35

-9⋅35 = -4⋅79 + 1 |+79⋅35

-9⋅35 + 79⋅35 = -4⋅79 + 79⋅35 + 1

(-9 + 79) ⋅ 35 = (-4 + 35) ⋅ 79 + 1

70⋅35 = 31⋅79 + 1

Es gilt also: 70⋅35 = 31⋅79 +1

Somit 70⋅35 = 1 mod 79

70 ist also das Inverse von 35 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.