Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (792 - 801) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(792 - 801) mod 8 ≡ (792 mod 8 - 801 mod 8) mod 8.

792 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 792 = 800-8 = 8 ⋅ 100 -8 = 8 ⋅ 100 - 8 + 0.

801 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 801 = 800+1 = 8 ⋅ 100 +1.

Somit gilt:

(792 - 801) mod 8 ≡ (0 - 1) mod 8 ≡ -1 mod 8 ≡ 7 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (90 ⋅ 38) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(90 ⋅ 38) mod 6 ≡ (90 mod 6 ⋅ 38 mod 6) mod 6.

90 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 90 + 0 = 15 ⋅ 6 + 0 ist.

38 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 6 ⋅ 6 + 2 ist.

Somit gilt:

(90 ⋅ 38) mod 6 ≡ (0 ⋅ 2) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 47832 mod 521.

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. 478 -> x
2. mod(x²,521) -> 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: 4781=478

2: 4782=4781+1=4781⋅4781 ≡ 478⋅478=228484 ≡ 286 mod 521

4: 4784=4782+2=4782⋅4782 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 520 mod 521

8: 4788=4784+4=4784⋅4784 ≡ 520⋅520=270400 ≡ 1 mod 521

16: 47816=4788+8=4788⋅4788 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 521

32: 47832=47816+16=47816⋅47816 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 521

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 408175 mod 797.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 175 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 175 an und zerlegen 175 in eine Summer von 2er-Potenzen:

175 = 128+32+8+4+2+1

1: 4081=408

2: 4082=4081+1=4081⋅4081 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 688 mod 797

4: 4084=4082+2=4082⋅4082 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 723 mod 797

8: 4088=4084+4=4084⋅4084 ≡ 723⋅723=522729 ≡ 694 mod 797

16: 40816=4088+8=4088⋅4088 ≡ 694⋅694=481636 ≡ 248 mod 797

32: 40832=40816+16=40816⋅40816 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 135 mod 797

64: 40864=40832+32=40832⋅40832 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 691 mod 797

128: 408128=40864+64=40864⋅40864 ≡ 691⋅691=477481 ≡ 78 mod 797

408175

= 408128+32+8+4+2+1

= 408128⋅40832⋅4088⋅4084⋅4082⋅4081

78 ⋅ 135 ⋅ 694 ⋅ 723 ⋅ 688 ⋅ 408 mod 797
10530 ⋅ 694 ⋅ 723 ⋅ 688 ⋅ 408 mod 797 ≡ 169 ⋅ 694 ⋅ 723 ⋅ 688 ⋅ 408 mod 797
117286 ⋅ 723 ⋅ 688 ⋅ 408 mod 797 ≡ 127 ⋅ 723 ⋅ 688 ⋅ 408 mod 797
91821 ⋅ 688 ⋅ 408 mod 797 ≡ 166 ⋅ 688 ⋅ 408 mod 797
114208 ⋅ 408 mod 797 ≡ 237 ⋅ 408 mod 797
96696 mod 797 ≡ 259 mod 797

Es gilt also: 408175 ≡ 259 mod 797

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 54

=>97 = 1⋅54 + 43
=>54 = 1⋅43 + 11
=>43 = 3⋅11 + 10
=>11 = 1⋅10 + 1
=>10 = 10⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,54)=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= 11-1⋅10
10= 43-3⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -1⋅(43 -3⋅ 11)
= 1⋅11 -1⋅43 +3⋅ 11)
= -1⋅43 +4⋅ 11 (=1)
11= 54-1⋅43 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅43 +4⋅(54 -1⋅ 43)
= -1⋅43 +4⋅54 -4⋅ 43)
= 4⋅54 -5⋅ 43 (=1)
43= 97-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅54 -5⋅(97 -1⋅ 54)
= 4⋅54 -5⋅97 +5⋅ 54)
= -5⋅97 +9⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(97,54)=1 = -5⋅97 +9⋅54

oder wenn man -5⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅97 = +9⋅54

Es gilt also: 9⋅54 = 5⋅97 +1

Somit 9⋅54 = 1 mod 97

9 ist also das Inverse von 54 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.