Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (7998 - 15998) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(7998 - 15998) mod 4 ≡ (7998 mod 4 - 15998 mod 4) mod 4.

7998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7998 = 7000+998 = 4 ⋅ 1750 +998.

15998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15998 = 15000+998 = 4 ⋅ 3750 +998.

Somit gilt:

(7998 - 15998) mod 4 ≡ (2 - 2) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 72) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(32 ⋅ 72) mod 7 ≡ (32 mod 7 ⋅ 72 mod 7) mod 7.

32 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 28 + 4 = 4 ⋅ 7 + 4 ist.

72 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 70 + 2 = 10 ⋅ 7 + 2 ist.

Somit gilt:

(32 ⋅ 72) mod 7 ≡ (4 ⋅ 2) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 34932 mod 547.

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. 349 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 3491=349

2: 3492=3491+1=3491⋅3491 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 367 mod 547

4: 3494=3492+2=3492⋅3492 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 127 mod 547

8: 3498=3494+4=3494⋅3494 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 266 mod 547

16: 34916=3498+8=3498⋅3498 ≡ 266⋅266=70756 ≡ 193 mod 547

32: 34932=34916+16=34916⋅34916 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 53 mod 547

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 126119 mod 241.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 119 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 119 an und zerlegen 119 in eine Summer von 2er-Potenzen:

119 = 64+32+16+4+2+1

1: 1261=126

2: 1262=1261+1=1261⋅1261 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 211 mod 241

4: 1264=1262+2=1262⋅1262 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 177 mod 241

8: 1268=1264+4=1264⋅1264 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 240 mod 241

16: 12616=1268+8=1268⋅1268 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 1 mod 241

32: 12632=12616+16=12616⋅12616 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 241

64: 12664=12632+32=12632⋅12632 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 241

126119

= 12664+32+16+4+2+1

= 12664⋅12632⋅12616⋅1264⋅1262⋅1261

1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 177 ⋅ 211 ⋅ 126 mod 241
1 ⋅ 1 ⋅ 177 ⋅ 211 ⋅ 126 mod 241
1 ⋅ 177 ⋅ 211 ⋅ 126 mod 241
177 ⋅ 211 ⋅ 126 mod 241
37347 ⋅ 126 mod 241 ≡ 233 ⋅ 126 mod 241
29358 mod 241 ≡ 197 mod 241

Es gilt also: 126119 ≡ 197 mod 241

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 69.

Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 69

=>83 = 1⋅69 + 14
=>69 = 4⋅14 + 13
=>14 = 1⋅13 + 1
=>13 = 13⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,69)=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= 14-1⋅13
13= 69-4⋅14 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅14 -1⋅(69 -4⋅ 14)
= 1⋅14 -1⋅69 +4⋅ 14)
= -1⋅69 +5⋅ 14 (=1)
14= 83-1⋅69 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅69 +5⋅(83 -1⋅ 69)
= -1⋅69 +5⋅83 -5⋅ 69)
= 5⋅83 -6⋅ 69 (=1)

Es gilt also: ggt(83,69)=1 = 5⋅83 -6⋅69

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

1 -5⋅83 = -6⋅69

-6⋅69 = -5⋅83 + 1 |+83⋅69

-6⋅69 + 83⋅69 = -5⋅83 + 83⋅69 + 1

(-6 + 83) ⋅ 69 = (-5 + 69) ⋅ 83 + 1

77⋅69 = 64⋅83 + 1

Es gilt also: 77⋅69 = 64⋅83 +1

Somit 77⋅69 = 1 mod 83

77 ist also das Inverse von 69 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.