Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (8008 - 3196) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(8008 - 3196) mod 8 ≡ (8008 mod 8 - 3196 mod 8) mod 8.

8008 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8008 = 8000+8 = 8 ⋅ 1000 +8.

3196 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3196 = 3200-4 = 8 ⋅ 400 -4 = 8 ⋅ 400 - 8 + 4.

Somit gilt:

(8008 - 3196) mod 8 ≡ (0 - 4) mod 8 ≡ -4 mod 8 ≡ 4 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (37 ⋅ 47) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(37 ⋅ 47) mod 3 ≡ (37 mod 3 ⋅ 47 mod 3) mod 3.

37 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 12 ⋅ 3 + 1 ist.

47 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 45 + 2 = 15 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(37 ⋅ 47) mod 3 ≡ (1 ⋅ 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 79332 mod 887.

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. 793 -> x
2. mod(x²,887) -> 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: 7931=793

2: 7932=7931+1=7931⋅7931 ≡ 793⋅793=628849 ≡ 853 mod 887

4: 7934=7932+2=7932⋅7932 ≡ 853⋅853=727609 ≡ 269 mod 887

8: 7938=7934+4=7934⋅7934 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 514 mod 887

16: 79316=7938+8=7938⋅7938 ≡ 514⋅514=264196 ≡ 757 mod 887

32: 79332=79316+16=79316⋅79316 ≡ 757⋅757=573049 ≡ 47 mod 887

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 856150 mod 967.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 150 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 150 an und zerlegen 150 in eine Summer von 2er-Potenzen:

150 = 128+16+4+2

1: 8561=856

2: 8562=8561+1=8561⋅8561 ≡ 856⋅856=732736 ≡ 717 mod 967

4: 8564=8562+2=8562⋅8562 ≡ 717⋅717=514089 ≡ 612 mod 967

8: 8568=8564+4=8564⋅8564 ≡ 612⋅612=374544 ≡ 315 mod 967

16: 85616=8568+8=8568⋅8568 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 591 mod 967

32: 85632=85616+16=85616⋅85616 ≡ 591⋅591=349281 ≡ 194 mod 967

64: 85664=85632+32=85632⋅85632 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 890 mod 967

128: 856128=85664+64=85664⋅85664 ≡ 890⋅890=792100 ≡ 127 mod 967

856150

= 856128+16+4+2

= 856128⋅85616⋅8564⋅8562

127 ⋅ 591 ⋅ 612 ⋅ 717 mod 967
75057 ⋅ 612 ⋅ 717 mod 967 ≡ 598 ⋅ 612 ⋅ 717 mod 967
365976 ⋅ 717 mod 967 ≡ 450 ⋅ 717 mod 967
322650 mod 967 ≡ 639 mod 967

Es gilt also: 856150 ≡ 639 mod 967

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 45.

Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 45

=>61 = 1⋅45 + 16
=>45 = 2⋅16 + 13
=>16 = 1⋅13 + 3
=>13 = 4⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,45)=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= 13-4⋅3
3= 16-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -4⋅(16 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅16 +4⋅ 13)
= -4⋅16 +5⋅ 13 (=1)
13= 45-2⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅16 +5⋅(45 -2⋅ 16)
= -4⋅16 +5⋅45 -10⋅ 16)
= 5⋅45 -14⋅ 16 (=1)
16= 61-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅45 -14⋅(61 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -14⋅61 +14⋅ 45)
= -14⋅61 +19⋅ 45 (=1)

Es gilt also: ggt(61,45)=1 = -14⋅61 +19⋅45

oder wenn man -14⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +14⋅61 = +19⋅45

Es gilt also: 19⋅45 = 14⋅61 +1

Somit 19⋅45 = 1 mod 61

19 ist also das Inverse von 45 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.