Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (343 + 1404) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(343 + 1404) mod 7 ≡ (343 mod 7 + 1404 mod 7) mod 7.

343 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 343 = 350-7 = 7 ⋅ 50 -7 = 7 ⋅ 50 - 7 + 0.

1404 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1404 = 1400+4 = 7 ⋅ 200 +4.

Somit gilt:

(343 + 1404) mod 7 ≡ (0 + 4) mod 7 ≡ 4 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (24 ⋅ 73) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24 ⋅ 73) mod 10 ≡ (24 mod 10 ⋅ 73 mod 10) mod 10.

24 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 20 + 4 = 2 ⋅ 10 + 4 ist.

73 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 70 + 3 = 7 ⋅ 10 + 3 ist.

Somit gilt:

(24 ⋅ 73) mod 10 ≡ (4 ⋅ 3) mod 10 ≡ 12 mod 10 ≡ 2 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 14564 mod 317.

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. 145 -> x
2. mod(x²,317) -> 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: 1451=145

2: 1452=1451+1=1451⋅1451 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 103 mod 317

4: 1454=1452+2=1452⋅1452 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 148 mod 317

8: 1458=1454+4=1454⋅1454 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 31 mod 317

16: 14516=1458+8=1458⋅1458 ≡ 31⋅31=961 ≡ 10 mod 317

32: 14532=14516+16=14516⋅14516 ≡ 10⋅10=100 ≡ 100 mod 317

64: 14564=14532+32=14532⋅14532 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 173 mod 317

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 160248 mod 353.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:

248 = 128+64+32+16+8

1: 1601=160

2: 1602=1601+1=1601⋅1601 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 184 mod 353

4: 1604=1602+2=1602⋅1602 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 321 mod 353

8: 1608=1604+4=1604⋅1604 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 318 mod 353

16: 16016=1608+8=1608⋅1608 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 166 mod 353

32: 16032=16016+16=16016⋅16016 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 22 mod 353

64: 16064=16032+32=16032⋅16032 ≡ 22⋅22=484 ≡ 131 mod 353

128: 160128=16064+64=16064⋅16064 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 217 mod 353

160248

= 160128+64+32+16+8

= 160128⋅16064⋅16032⋅16016⋅1608

≡ 217 ⋅ 131 ⋅ 22 ⋅ 166 ⋅ 318 mod 353
≡ 28427 ⋅ 22 ⋅ 166 ⋅ 318 mod 353 ≡ 187 ⋅ 22 ⋅ 166 ⋅ 318 mod 353
≡ 4114 ⋅ 166 ⋅ 318 mod 353 ≡ 231 ⋅ 166 ⋅ 318 mod 353
≡ 38346 ⋅ 318 mod 353 ≡ 222 ⋅ 318 mod 353
≡ 70596 mod 353 ≡ 349 mod 353

Es gilt also: 160248 ≡ 349 mod 353

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 47

=>71 = 1⋅47 + 24
=>47 = 1⋅24 + 23
=>24 = 1⋅23 + 1
=>23 = 23⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,47)=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= 24-1⋅23
23= 47-1⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅24 -1⋅(47 -1⋅ 24)
= 1⋅24 -1⋅47 +1⋅ 24)
= -1⋅47 +2⋅ 24 (=1)
24= 71-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅47 +2⋅(71 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +2⋅71 -2⋅ 47)
= 2⋅71 -3⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(71,47)=1 = 2⋅71 -3⋅47

oder wenn man 2⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅71 = -3⋅47

-3⋅47 = -2⋅71 + 1 |+71⋅47

-3⋅47 + 71⋅47 = -2⋅71 + 71⋅47 + 1

(-3 + 71) ⋅ 47 = (-2 + 47) ⋅ 71 + 1

68⋅47 = 45⋅71 + 1

Es gilt also: 68⋅47 = 45⋅71 +1

Somit 68⋅47 = 1 mod 71

68 ist also das Inverse von 47 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.