Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (27006 - 95) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(27006 - 95) mod 9 ≡ (27006 mod 9 - 95 mod 9) mod 9.

27006 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27006 = 27000+6 = 9 ⋅ 3000 +6.

95 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 90+5 = 9 ⋅ 10 +5.

Somit gilt:

(27006 - 95) mod 9 ≡ (6 - 5) mod 9 ≡ 1 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 54) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(70 ⋅ 54) mod 10 ≡ (70 mod 10 ⋅ 54 mod 10) mod 10.

70 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 7 ⋅ 10 + 0 ist.

54 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 50 + 4 = 5 ⋅ 10 + 4 ist.

Somit gilt:

(70 ⋅ 54) mod 10 ≡ (0 ⋅ 4) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 22432 mod 347.

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. 224 -> x
2. mod(x²,347) -> 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: 2241=224

2: 2242=2241+1=2241⋅2241 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 208 mod 347

4: 2244=2242+2=2242⋅2242 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 236 mod 347

8: 2248=2244+4=2244⋅2244 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 176 mod 347

16: 22416=2248+8=2248⋅2248 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 93 mod 347

32: 22432=22416+16=22416⋅22416 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 321 mod 347

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 37563 mod 617.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 63 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 63 an und zerlegen 63 in eine Summer von 2er-Potenzen:

63 = 32+16+8+4+2+1

1: 3751=375

2: 3752=3751+1=3751⋅3751 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 566 mod 617

4: 3754=3752+2=3752⋅3752 ≡ 566⋅566=320356 ≡ 133 mod 617

8: 3758=3754+4=3754⋅3754 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 413 mod 617

16: 37516=3758+8=3758⋅3758 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 277 mod 617

32: 37532=37516+16=37516⋅37516 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 221 mod 617

37563

= 37532+16+8+4+2+1

= 37532⋅37516⋅3758⋅3754⋅3752⋅3751

221 ⋅ 277 ⋅ 413 ⋅ 133 ⋅ 566 ⋅ 375 mod 617
61217 ⋅ 413 ⋅ 133 ⋅ 566 ⋅ 375 mod 617 ≡ 134 ⋅ 413 ⋅ 133 ⋅ 566 ⋅ 375 mod 617
55342 ⋅ 133 ⋅ 566 ⋅ 375 mod 617 ≡ 429 ⋅ 133 ⋅ 566 ⋅ 375 mod 617
57057 ⋅ 566 ⋅ 375 mod 617 ≡ 293 ⋅ 566 ⋅ 375 mod 617
165838 ⋅ 375 mod 617 ≡ 482 ⋅ 375 mod 617
180750 mod 617 ≡ 586 mod 617

Es gilt also: 37563 ≡ 586 mod 617

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 32.

Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 32

=>59 = 1⋅32 + 27
=>32 = 1⋅27 + 5
=>27 = 5⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,32)=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= 5-2⋅2
2= 27-5⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(27 -5⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅27 +10⋅ 5)
= -2⋅27 +11⋅ 5 (=1)
5= 32-1⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅27 +11⋅(32 -1⋅ 27)
= -2⋅27 +11⋅32 -11⋅ 27)
= 11⋅32 -13⋅ 27 (=1)
27= 59-1⋅32 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 11⋅32 -13⋅(59 -1⋅ 32)
= 11⋅32 -13⋅59 +13⋅ 32)
= -13⋅59 +24⋅ 32 (=1)

Es gilt also: ggt(59,32)=1 = -13⋅59 +24⋅32

oder wenn man -13⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅59 = +24⋅32

Es gilt also: 24⋅32 = 13⋅59 +1

Somit 24⋅32 = 1 mod 59

24 ist also das Inverse von 32 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.