Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (84 - 1601) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(84 - 1601) mod 4 ≡ (84 mod 4 - 1601 mod 4) mod 4.

84 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 80+4 = 4 ⋅ 20 +4.

1601 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1601 = 1600+1 = 4 ⋅ 400 +1.

Somit gilt:

(84 - 1601) mod 4 ≡ (0 - 1) mod 4 ≡ -1 mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (47 ⋅ 23) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(47 ⋅ 23) mod 7 ≡ (47 mod 7 ⋅ 23 mod 7) mod 7.

47 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 42 + 5 = 6 ⋅ 7 + 5 ist.

23 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 21 + 2 = 3 ⋅ 7 + 2 ist.

Somit gilt:

(47 ⋅ 23) mod 7 ≡ (5 ⋅ 2) mod 7 ≡ 10 mod 7 ≡ 3 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 63964 mod 977.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 639 -> x
2. mod(x²,977) -> 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: 6391=639

2: 6392=6391+1=6391⋅6391 ≡ 639⋅639=408321 ≡ 912 mod 977

4: 6394=6392+2=6392⋅6392 ≡ 912⋅912=831744 ≡ 317 mod 977

8: 6398=6394+4=6394⋅6394 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 835 mod 977

16: 63916=6398+8=6398⋅6398 ≡ 835⋅835=697225 ≡ 624 mod 977

32: 63932=63916+16=63916⋅63916 ≡ 624⋅624=389376 ≡ 530 mod 977

64: 63964=63932+32=63932⋅63932 ≡ 530⋅530=280900 ≡ 501 mod 977

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 619227 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 227 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 227 an und zerlegen 227 in eine Summer von 2er-Potenzen:

227 = 128+64+32+2+1

1: 6191=619

2: 6192=6191+1=6191⋅6191 ≡ 619⋅619=383161 ≡ 864 mod 887

4: 6194=6192+2=6192⋅6192 ≡ 864⋅864=746496 ≡ 529 mod 887

8: 6198=6194+4=6194⋅6194 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 436 mod 887

16: 61916=6198+8=6198⋅6198 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 278 mod 887

32: 61932=61916+16=61916⋅61916 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 115 mod 887

64: 61964=61932+32=61932⋅61932 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 807 mod 887

128: 619128=61964+64=61964⋅61964 ≡ 807⋅807=651249 ≡ 191 mod 887

619227

= 619128+64+32+2+1

= 619128⋅61964⋅61932⋅6192⋅6191

191 ⋅ 807 ⋅ 115 ⋅ 864 ⋅ 619 mod 887
154137 ⋅ 115 ⋅ 864 ⋅ 619 mod 887 ≡ 686 ⋅ 115 ⋅ 864 ⋅ 619 mod 887
78890 ⋅ 864 ⋅ 619 mod 887 ≡ 834 ⋅ 864 ⋅ 619 mod 887
720576 ⋅ 619 mod 887 ≡ 332 ⋅ 619 mod 887
205508 mod 887 ≡ 611 mod 887

Es gilt also: 619227 ≡ 611 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 28.

Also bestimme x, so dass 28 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 28

=>53 = 1⋅28 + 25
=>28 = 1⋅25 + 3
=>25 = 8⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,28)=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= 25-8⋅3
3= 28-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅25 -8⋅(28 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -8⋅28 +8⋅ 25)
= -8⋅28 +9⋅ 25 (=1)
25= 53-1⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -8⋅28 +9⋅(53 -1⋅ 28)
= -8⋅28 +9⋅53 -9⋅ 28)
= 9⋅53 -17⋅ 28 (=1)

Es gilt also: ggt(53,28)=1 = 9⋅53 -17⋅28

oder wenn man 9⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅53 = -17⋅28

-17⋅28 = -9⋅53 + 1 |+53⋅28

-17⋅28 + 53⋅28 = -9⋅53 + 53⋅28 + 1

(-17 + 53) ⋅ 28 = (-9 + 28) ⋅ 53 + 1

36⋅28 = 19⋅53 + 1

Es gilt also: 36⋅28 = 19⋅53 +1

Somit 36⋅28 = 1 mod 53

36 ist also das Inverse von 28 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.