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: (3507 - 285) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3507 - 285) mod 7 ≡ (3507 mod 7 - 285 mod 7) mod 7.

3507 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3507 = 3500+7 = 7 ⋅ 500 +7.

285 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 285 = 280+5 = 7 ⋅ 40 +5.

Somit gilt:

(3507 - 285) mod 7 ≡ (0 - 5) mod 7 ≡ -5 mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (79 ⋅ 60) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(79 ⋅ 60) mod 10 ≡ (79 mod 10 ⋅ 60 mod 10) mod 10.

79 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 70 + 9 = 7 ⋅ 10 + 9 ist.

60 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60 + 0 = 6 ⋅ 10 + 0 ist.

Somit gilt:

(79 ⋅ 60) mod 10 ≡ (9 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 279128 mod 811.

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. 279 -> x
2. mod(x²,811) -> 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: 2791=279

2: 2792=2791+1=2791⋅2791 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 796 mod 811

4: 2794=2792+2=2792⋅2792 ≡ 796⋅796=633616 ≡ 225 mod 811

8: 2798=2794+4=2794⋅2794 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 343 mod 811

16: 27916=2798+8=2798⋅2798 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 54 mod 811

32: 27932=27916+16=27916⋅27916 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 483 mod 811

64: 27964=27932+32=27932⋅27932 ≡ 483⋅483=233289 ≡ 532 mod 811

128: 279128=27964+64=27964⋅27964 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 796 mod 811

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20579 mod 461.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 79 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 79 an und zerlegen 79 in eine Summer von 2er-Potenzen:

79 = 64+8+4+2+1

1: 2051=205

2: 2052=2051+1=2051⋅2051 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 74 mod 461

4: 2054=2052+2=2052⋅2052 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 405 mod 461

8: 2058=2054+4=2054⋅2054 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 370 mod 461

16: 20516=2058+8=2058⋅2058 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 444 mod 461

32: 20532=20516+16=20516⋅20516 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 289 mod 461

64: 20564=20532+32=20532⋅20532 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 80 mod 461

20579

= 20564+8+4+2+1

= 20564⋅2058⋅2054⋅2052⋅2051

≡ 80 ⋅ 370 ⋅ 405 ⋅ 74 ⋅ 205 mod 461
≡ 29600 ⋅ 405 ⋅ 74 ⋅ 205 mod 461 ≡ 96 ⋅ 405 ⋅ 74 ⋅ 205 mod 461
≡ 38880 ⋅ 74 ⋅ 205 mod 461 ≡ 156 ⋅ 74 ⋅ 205 mod 461
≡ 11544 ⋅ 205 mod 461 ≡ 19 ⋅ 205 mod 461
≡ 3895 mod 461 ≡ 207 mod 461

Es gilt also: 20579 ≡ 207 mod 461

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 77.

Also bestimme x, so dass 77 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 77

=>89 = 1⋅77 + 12
=>77 = 6⋅12 + 5
=>12 = 2⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,77)=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= 12-2⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5)
= -2⋅12 +5⋅ 5 (=1)
5= 77-6⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅12 +5⋅(77 -6⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅77 -30⋅ 12)
= 5⋅77 -32⋅ 12 (=1)
12= 89-1⋅77 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅77 -32⋅(89 -1⋅ 77)
= 5⋅77 -32⋅89 +32⋅ 77)
= -32⋅89 +37⋅ 77 (=1)

Es gilt also: ggt(89,77)=1 = -32⋅89 +37⋅77

oder wenn man -32⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +32⋅89 = +37⋅77

Es gilt also: 37⋅77 = 32⋅89 +1

Somit 37⋅77 = 1 mod 89

37 ist also das Inverse von 77 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.