Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (80 - 8007) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(80 - 8007) mod 8 ≡ (80 mod 8 - 8007 mod 8) mod 8.

80 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80+0 = 8 ⋅ 10 +0.

8007 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8007 = 8000+7 = 8 ⋅ 1000 +7.

Somit gilt:

(80 - 8007) mod 8 ≡ (0 - 7) mod 8 ≡ -7 mod 8 ≡ 1 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (80 ⋅ 92) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(80 ⋅ 92) mod 11 ≡ (80 mod 11 ⋅ 92 mod 11) mod 11.

80 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 77 + 3 = 7 ⋅ 11 + 3 ist.

92 mod 11 ≡ 4 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 88 + 4 = 8 ⋅ 11 + 4 ist.

Somit gilt:

(80 ⋅ 92) mod 11 ≡ (3 ⋅ 4) mod 11 ≡ 12 mod 11 ≡ 1 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 43916 mod 619.

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. 439 -> x
2. mod(x²,619) -> 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: 4391=439

2: 4392=4391+1=4391⋅4391 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 212 mod 619

4: 4394=4392+2=4392⋅4392 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 376 mod 619

8: 4398=4394+4=4394⋅4394 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 244 mod 619

16: 43916=4398+8=4398⋅4398 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 112 mod 619

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 619250 mod 907.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 250 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 250 an und zerlegen 250 in eine Summer von 2er-Potenzen:

250 = 128+64+32+16+8+2

1: 6191=619

2: 6192=6191+1=6191⋅6191 ≡ 619⋅619=383161 ≡ 407 mod 907

4: 6194=6192+2=6192⋅6192 ≡ 407⋅407=165649 ≡ 575 mod 907

8: 6198=6194+4=6194⋅6194 ≡ 575⋅575=330625 ≡ 477 mod 907

16: 61916=6198+8=6198⋅6198 ≡ 477⋅477=227529 ≡ 779 mod 907

32: 61932=61916+16=61916⋅61916 ≡ 779⋅779=606841 ≡ 58 mod 907

64: 61964=61932+32=61932⋅61932 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 643 mod 907

128: 619128=61964+64=61964⋅61964 ≡ 643⋅643=413449 ≡ 764 mod 907

619250

= 619128+64+32+16+8+2

= 619128⋅61964⋅61932⋅61916⋅6198⋅6192

764 ⋅ 643 ⋅ 58 ⋅ 779 ⋅ 477 ⋅ 407 mod 907
491252 ⋅ 58 ⋅ 779 ⋅ 477 ⋅ 407 mod 907 ≡ 565 ⋅ 58 ⋅ 779 ⋅ 477 ⋅ 407 mod 907
32770 ⋅ 779 ⋅ 477 ⋅ 407 mod 907 ≡ 118 ⋅ 779 ⋅ 477 ⋅ 407 mod 907
91922 ⋅ 477 ⋅ 407 mod 907 ≡ 315 ⋅ 477 ⋅ 407 mod 907
150255 ⋅ 407 mod 907 ≡ 600 ⋅ 407 mod 907
244200 mod 907 ≡ 217 mod 907

Es gilt also: 619250 ≡ 217 mod 907

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 37.

Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 37

=>53 = 1⋅37 + 16
=>37 = 2⋅16 + 5
=>16 = 3⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,37)=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= 16-3⋅5
5= 37-2⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -3⋅(37 -2⋅ 16)
= 1⋅16 -3⋅37 +6⋅ 16)
= -3⋅37 +7⋅ 16 (=1)
16= 53-1⋅37 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅37 +7⋅(53 -1⋅ 37)
= -3⋅37 +7⋅53 -7⋅ 37)
= 7⋅53 -10⋅ 37 (=1)

Es gilt also: ggt(53,37)=1 = 7⋅53 -10⋅37

oder wenn man 7⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅53 = -10⋅37

-10⋅37 = -7⋅53 + 1 |+53⋅37

-10⋅37 + 53⋅37 = -7⋅53 + 53⋅37 + 1

(-10 + 53) ⋅ 37 = (-7 + 37) ⋅ 53 + 1

43⋅37 = 30⋅53 + 1

Es gilt also: 43⋅37 = 30⋅53 +1

Somit 43⋅37 = 1 mod 53

43 ist also das Inverse von 37 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.