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: (496 + 24996) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(496 + 24996) mod 5 ≡ (496 mod 5 + 24996 mod 5) mod 5.

496 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 496 = 400+96 = 5 ⋅ 80 +96.

24996 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24996 = 24000+996 = 5 ⋅ 4800 +996.

Somit gilt:

(496 + 24996) mod 5 ≡ (1 + 1) mod 5 ≡ 2 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 100) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(73 ⋅ 100) mod 11 ≡ (73 mod 11 ⋅ 100 mod 11) mod 11.

73 mod 11 ≡ 7 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 66 + 7 = 6 ⋅ 11 + 7 ist.

100 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 99 + 1 = 9 ⋅ 11 + 1 ist.

Somit gilt:

(73 ⋅ 100) mod 11 ≡ (7 ⋅ 1) mod 11 ≡ 7 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 54364 mod 787.

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. 543 -> x
2. mod(x²,787) -> 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: 5431=543

2: 5432=5431+1=5431⋅5431 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 511 mod 787

4: 5434=5432+2=5432⋅5432 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 624 mod 787

8: 5438=5434+4=5434⋅5434 ≡ 624⋅624=389376 ≡ 598 mod 787

16: 54316=5438+8=5438⋅5438 ≡ 598⋅598=357604 ≡ 306 mod 787

32: 54332=54316+16=54316⋅54316 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 770 mod 787

64: 54364=54332+32=54332⋅54332 ≡ 770⋅770=592900 ≡ 289 mod 787

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 721225 mod 823.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 225 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 225 an und zerlegen 225 in eine Summer von 2er-Potenzen:

225 = 128+64+32+1

1: 7211=721

2: 7212=7211+1=7211⋅7211 ≡ 721⋅721=519841 ≡ 528 mod 823

4: 7214=7212+2=7212⋅7212 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 610 mod 823

8: 7218=7214+4=7214⋅7214 ≡ 610⋅610=372100 ≡ 104 mod 823

16: 72116=7218+8=7218⋅7218 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 117 mod 823

32: 72132=72116+16=72116⋅72116 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 521 mod 823

64: 72164=72132+32=72132⋅72132 ≡ 521⋅521=271441 ≡ 674 mod 823

128: 721128=72164+64=72164⋅72164 ≡ 674⋅674=454276 ≡ 803 mod 823

721225

= 721128+64+32+1

= 721128⋅72164⋅72132⋅7211

803 ⋅ 674 ⋅ 521 ⋅ 721 mod 823
541222 ⋅ 521 ⋅ 721 mod 823 ≡ 511 ⋅ 521 ⋅ 721 mod 823
266231 ⋅ 721 mod 823 ≡ 402 ⋅ 721 mod 823
289842 mod 823 ≡ 146 mod 823

Es gilt also: 721225 ≡ 146 mod 823

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 58.

Also bestimme x, so dass 58 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 58

=>67 = 1⋅58 + 9
=>58 = 6⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,58)=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= 9-2⋅4
4= 58-6⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(58 -6⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅58 +12⋅ 9)
= -2⋅58 +13⋅ 9 (=1)
9= 67-1⋅58 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅58 +13⋅(67 -1⋅ 58)
= -2⋅58 +13⋅67 -13⋅ 58)
= 13⋅67 -15⋅ 58 (=1)

Es gilt also: ggt(67,58)=1 = 13⋅67 -15⋅58

oder wenn man 13⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅67 = -15⋅58

-15⋅58 = -13⋅67 + 1 |+67⋅58

-15⋅58 + 67⋅58 = -13⋅67 + 67⋅58 + 1

(-15 + 67) ⋅ 58 = (-13 + 58) ⋅ 67 + 1

52⋅58 = 45⋅67 + 1

Es gilt also: 52⋅58 = 45⋅67 +1

Somit 52⋅58 = 1 mod 67

52 ist also das Inverse von 58 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.