Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (14997 - 602) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(14997 - 602) mod 3 ≡ (14997 mod 3 - 602 mod 3) mod 3.

14997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14997 = 15000-3 = 3 ⋅ 5000 -3 = 3 ⋅ 5000 - 3 + 0.

602 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 602 = 600+2 = 3 ⋅ 200 +2.

Somit gilt:

(14997 - 602) mod 3 ≡ (0 - 2) mod 3 ≡ -2 mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 85) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(32 ⋅ 85) mod 11 ≡ (32 mod 11 ⋅ 85 mod 11) mod 11.

32 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 22 + 10 = 2 ⋅ 11 + 10 ist.

85 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 77 + 8 = 7 ⋅ 11 + 8 ist.

Somit gilt:

(32 ⋅ 85) mod 11 ≡ (10 ⋅ 8) mod 11 ≡ 80 mod 11 ≡ 3 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 29764 mod 839.

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. 297 -> x
2. mod(x²,839) -> 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: 2971=297

2: 2972=2971+1=2971⋅2971 ≡ 297⋅297=88209 ≡ 114 mod 839

4: 2974=2972+2=2972⋅2972 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 411 mod 839

8: 2978=2974+4=2974⋅2974 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 282 mod 839

16: 29716=2978+8=2978⋅2978 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 658 mod 839

32: 29732=29716+16=29716⋅29716 ≡ 658⋅658=432964 ≡ 40 mod 839

64: 29764=29732+32=29732⋅29732 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 761 mod 839

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 243227 mod 479.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 227 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 227 an und zerlegen 227 in eine Summer von 2er-Potenzen:

227 = 128+64+32+2+1

1: 2431=243

2: 2432=2431+1=2431⋅2431 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 132 mod 479

4: 2434=2432+2=2432⋅2432 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 180 mod 479

8: 2438=2434+4=2434⋅2434 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 307 mod 479

16: 24316=2438+8=2438⋅2438 ≡ 307⋅307=94249 ≡ 365 mod 479

32: 24332=24316+16=24316⋅24316 ≡ 365⋅365=133225 ≡ 63 mod 479

64: 24364=24332+32=24332⋅24332 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 137 mod 479

128: 243128=24364+64=24364⋅24364 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 88 mod 479

243227

= 243128+64+32+2+1

= 243128⋅24364⋅24332⋅2432⋅2431

≡ 88 ⋅ 137 ⋅ 63 ⋅ 132 ⋅ 243 mod 479
≡ 12056 ⋅ 63 ⋅ 132 ⋅ 243 mod 479 ≡ 81 ⋅ 63 ⋅ 132 ⋅ 243 mod 479
≡ 5103 ⋅ 132 ⋅ 243 mod 479 ≡ 313 ⋅ 132 ⋅ 243 mod 479
≡ 41316 ⋅ 243 mod 479 ≡ 122 ⋅ 243 mod 479
≡ 29646 mod 479 ≡ 427 mod 479

Es gilt also: 243227 ≡ 427 mod 479

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 62.

Also bestimme x, so dass 62 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 62

=>71 = 1⋅62 + 9
=>62 = 6⋅9 + 8
=>9 = 1⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,62)=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= 62-6⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -1⋅(62 -6⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅62 +6⋅ 9)
= -1⋅62 +7⋅ 9 (=1)
9= 71-1⋅62 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅62 +7⋅(71 -1⋅ 62)
= -1⋅62 +7⋅71 -7⋅ 62)
= 7⋅71 -8⋅ 62 (=1)

Es gilt also: ggt(71,62)=1 = 7⋅71 -8⋅62

oder wenn man 7⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅71 = -8⋅62

-8⋅62 = -7⋅71 + 1 |+71⋅62

-8⋅62 + 71⋅62 = -7⋅71 + 71⋅62 + 1

(-8 + 71) ⋅ 62 = (-7 + 62) ⋅ 71 + 1

63⋅62 = 55⋅71 + 1

Es gilt also: 63⋅62 = 55⋅71 +1

Somit 63⋅62 = 1 mod 71

63 ist also das Inverse von 62 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.