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: (20002 + 498) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20002 + 498) mod 5 ≡ (20002 mod 5 + 498 mod 5) mod 5.

20002 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20002 = 20000+2 = 5 ⋅ 4000 +2.

498 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 498 = 400+98 = 5 ⋅ 80 +98.

Somit gilt:

(20002 + 498) mod 5 ≡ (2 + 3) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (28 ⋅ 63) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(28 ⋅ 63) mod 6 ≡ (28 mod 6 ⋅ 63 mod 6) mod 6.

28 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 24 + 4 = 4 ⋅ 6 + 4 ist.

63 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 10 ⋅ 6 + 3 ist.

Somit gilt:

(28 ⋅ 63) mod 6 ≡ (4 ⋅ 3) mod 6 ≡ 12 mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 172128 mod 379.

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. 172 -> x
2. mod(x²,379) -> 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: 1721=172

2: 1722=1721+1=1721⋅1721 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 22 mod 379

4: 1724=1722+2=1722⋅1722 ≡ 22⋅22=484 ≡ 105 mod 379

8: 1728=1724+4=1724⋅1724 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 34 mod 379

16: 17216=1728+8=1728⋅1728 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 19 mod 379

32: 17232=17216+16=17216⋅17216 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 379

64: 17264=17232+32=17232⋅17232 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 324 mod 379

128: 172128=17264+64=17264⋅17264 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 372 mod 379

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 523204 mod 739.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 204 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 204 an und zerlegen 204 in eine Summer von 2er-Potenzen:

204 = 128+64+8+4

1: 5231=523

2: 5232=5231+1=5231⋅5231 ≡ 523⋅523=273529 ≡ 99 mod 739

4: 5234=5232+2=5232⋅5232 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 194 mod 739

8: 5238=5234+4=5234⋅5234 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 686 mod 739

16: 52316=5238+8=5238⋅5238 ≡ 686⋅686=470596 ≡ 592 mod 739

32: 52332=52316+16=52316⋅52316 ≡ 592⋅592=350464 ≡ 178 mod 739

64: 52364=52332+32=52332⋅52332 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 646 mod 739

128: 523128=52364+64=52364⋅52364 ≡ 646⋅646=417316 ≡ 520 mod 739

523204

= 523128+64+8+4

= 523128⋅52364⋅5238⋅5234

520 ⋅ 646 ⋅ 686 ⋅ 194 mod 739
335920 ⋅ 686 ⋅ 194 mod 739 ≡ 414 ⋅ 686 ⋅ 194 mod 739
284004 ⋅ 194 mod 739 ≡ 228 ⋅ 194 mod 739
44232 mod 739 ≡ 631 mod 739

Es gilt also: 523204 ≡ 631 mod 739

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 53.

Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 53

=>89 = 1⋅53 + 36
=>53 = 1⋅36 + 17
=>36 = 2⋅17 + 2
=>17 = 8⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,53)=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= 17-8⋅2
2= 36-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17)
= -8⋅36 +17⋅ 17 (=1)
17= 53-1⋅36 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -8⋅36 +17⋅(53 -1⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅53 -17⋅ 36)
= 17⋅53 -25⋅ 36 (=1)
36= 89-1⋅53 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 17⋅53 -25⋅(89 -1⋅ 53)
= 17⋅53 -25⋅89 +25⋅ 53)
= -25⋅89 +42⋅ 53 (=1)

Es gilt also: ggt(89,53)=1 = -25⋅89 +42⋅53

oder wenn man -25⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +25⋅89 = +42⋅53

Es gilt also: 42⋅53 = 25⋅89 +1

Somit 42⋅53 = 1 mod 89

42 ist also das Inverse von 53 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.