Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3204 + 323) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3204 + 323) mod 8 ≡ (3204 mod 8 + 323 mod 8) mod 8.

3204 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3204 = 3200+4 = 8 ⋅ 400 +4.

323 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 323 = 320+3 = 8 ⋅ 40 +3.

Somit gilt:

(3204 + 323) mod 8 ≡ (4 + 3) mod 8 ≡ 7 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 78) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(61 ⋅ 78) mod 4 ≡ (61 mod 4 ⋅ 78 mod 4) mod 4.

61 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 15 ⋅ 4 + 1 ist.

78 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 76 + 2 = 19 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(61 ⋅ 78) mod 4 ≡ (1 ⋅ 2) mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 44516 mod 457.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 445 -> x
2. mod(x²,457) -> 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: 4451=445

2: 4452=4451+1=4451⋅4451 ≡ 445⋅445=198025 ≡ 144 mod 457

4: 4454=4452+2=4452⋅4452 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 171 mod 457

8: 4458=4454+4=4454⋅4454 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 450 mod 457

16: 44516=4458+8=4458⋅4458 ≡ 450⋅450=202500 ≡ 49 mod 457

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 216223 mod 269.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 223 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 223 an und zerlegen 223 in eine Summer von 2er-Potenzen:

223 = 128+64+16+8+4+2+1

1: 2161=216

2: 2162=2161+1=2161⋅2161 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 119 mod 269

4: 2164=2162+2=2162⋅2162 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 173 mod 269

8: 2168=2164+4=2164⋅2164 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 70 mod 269

16: 21616=2168+8=2168⋅2168 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 58 mod 269

32: 21632=21616+16=21616⋅21616 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 136 mod 269

64: 21664=21632+32=21632⋅21632 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 204 mod 269

128: 216128=21664+64=21664⋅21664 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 190 mod 269

216223

= 216128+64+16+8+4+2+1

= 216128⋅21664⋅21616⋅2168⋅2164⋅2162⋅2161

190 ⋅ 204 ⋅ 58 ⋅ 70 ⋅ 173 ⋅ 119 ⋅ 216 mod 269
38760 ⋅ 58 ⋅ 70 ⋅ 173 ⋅ 119 ⋅ 216 mod 269 ≡ 24 ⋅ 58 ⋅ 70 ⋅ 173 ⋅ 119 ⋅ 216 mod 269
1392 ⋅ 70 ⋅ 173 ⋅ 119 ⋅ 216 mod 269 ≡ 47 ⋅ 70 ⋅ 173 ⋅ 119 ⋅ 216 mod 269
3290 ⋅ 173 ⋅ 119 ⋅ 216 mod 269 ≡ 62 ⋅ 173 ⋅ 119 ⋅ 216 mod 269
10726 ⋅ 119 ⋅ 216 mod 269 ≡ 235 ⋅ 119 ⋅ 216 mod 269
27965 ⋅ 216 mod 269 ≡ 258 ⋅ 216 mod 269
55728 mod 269 ≡ 45 mod 269

Es gilt also: 216223 ≡ 45 mod 269

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 47

=>89 = 1⋅47 + 42
=>47 = 1⋅42 + 5
=>42 = 8⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,47)=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= 5-2⋅2
2= 42-8⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(42 -8⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅42 +16⋅ 5)
= -2⋅42 +17⋅ 5 (=1)
5= 47-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅42 +17⋅(47 -1⋅ 42)
= -2⋅42 +17⋅47 -17⋅ 42)
= 17⋅47 -19⋅ 42 (=1)
42= 89-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 17⋅47 -19⋅(89 -1⋅ 47)
= 17⋅47 -19⋅89 +19⋅ 47)
= -19⋅89 +36⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(89,47)=1 = -19⋅89 +36⋅47

oder wenn man -19⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅89 = +36⋅47

Es gilt also: 36⋅47 = 19⋅89 +1

Somit 36⋅47 = 1 mod 89

36 ist also das Inverse von 47 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.