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: (242 + 1198) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(242 + 1198) mod 6 ≡ (242 mod 6 + 1198 mod 6) mod 6.

242 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 242 = 240+2 = 6 ⋅ 40 +2.

1198 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1198 = 1200-2 = 6 ⋅ 200 -2 = 6 ⋅ 200 - 6 + 4.

Somit gilt:

(242 + 1198) mod 6 ≡ (2 + 4) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 38) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(43 ⋅ 38) mod 11 ≡ (43 mod 11 ⋅ 38 mod 11) mod 11.

43 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 33 + 10 = 3 ⋅ 11 + 10 ist.

38 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 33 + 5 = 3 ⋅ 11 + 5 ist.

Somit gilt:

(43 ⋅ 38) mod 11 ≡ (10 ⋅ 5) mod 11 ≡ 50 mod 11 ≡ 6 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 812128 mod 853.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 812 -> x
2. mod(x²,853) -> 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: 8121=812

2: 8122=8121+1=8121⋅8121 ≡ 812⋅812=659344 ≡ 828 mod 853

4: 8124=8122+2=8122⋅8122 ≡ 828⋅828=685584 ≡ 625 mod 853

8: 8128=8124+4=8124⋅8124 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 804 mod 853

16: 81216=8128+8=8128⋅8128 ≡ 804⋅804=646416 ≡ 695 mod 853

32: 81232=81216+16=81216⋅81216 ≡ 695⋅695=483025 ≡ 227 mod 853

64: 81264=81232+32=81232⋅81232 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 349 mod 853

128: 812128=81264+64=81264⋅81264 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 675 mod 853

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 448244 mod 719.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 244 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 244 an und zerlegen 244 in eine Summer von 2er-Potenzen:

244 = 128+64+32+16+4

1: 4481=448

2: 4482=4481+1=4481⋅4481 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 103 mod 719

4: 4484=4482+2=4482⋅4482 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 543 mod 719

8: 4488=4484+4=4484⋅4484 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 59 mod 719

16: 44816=4488+8=4488⋅4488 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 605 mod 719

32: 44832=44816+16=44816⋅44816 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 54 mod 719

64: 44864=44832+32=44832⋅44832 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 40 mod 719

128: 448128=44864+64=44864⋅44864 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 162 mod 719

448244

= 448128+64+32+16+4

= 448128⋅44864⋅44832⋅44816⋅4484

162 ⋅ 40 ⋅ 54 ⋅ 605 ⋅ 543 mod 719
6480 ⋅ 54 ⋅ 605 ⋅ 543 mod 719 ≡ 9 ⋅ 54 ⋅ 605 ⋅ 543 mod 719
486 ⋅ 605 ⋅ 543 mod 719
294030 ⋅ 543 mod 719 ≡ 678 ⋅ 543 mod 719
368154 mod 719 ≡ 26 mod 719

Es gilt also: 448244 ≡ 26 mod 719

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 48

=>89 = 1⋅48 + 41
=>48 = 1⋅41 + 7
=>41 = 5⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,48)=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= 7-1⋅6
6= 41-5⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(41 -5⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅41 +5⋅ 7)
= -1⋅41 +6⋅ 7 (=1)
7= 48-1⋅41 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅41 +6⋅(48 -1⋅ 41)
= -1⋅41 +6⋅48 -6⋅ 41)
= 6⋅48 -7⋅ 41 (=1)
41= 89-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅48 -7⋅(89 -1⋅ 48)
= 6⋅48 -7⋅89 +7⋅ 48)
= -7⋅89 +13⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(89,48)=1 = -7⋅89 +13⋅48

oder wenn man -7⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅89 = +13⋅48

Es gilt also: 13⋅48 = 7⋅89 +1

Somit 13⋅48 = 1 mod 89

13 ist also das Inverse von 48 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.