Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (27 - 27) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(27 - 27) mod 3 ≡ (27 mod 3 - 27 mod 3) mod 3.

27 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 30-3 = 3 ⋅ 10 -3 = 3 ⋅ 10 - 3 + 0.

27 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 30-3 = 3 ⋅ 10 -3 = 3 ⋅ 10 - 3 + 0.

Somit gilt:

(27 - 27) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 97) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(71 ⋅ 97) mod 8 ≡ (71 mod 8 ⋅ 97 mod 8) mod 8.

71 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 64 + 7 = 8 ⋅ 8 + 7 ist.

97 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 96 + 1 = 12 ⋅ 8 + 1 ist.

Somit gilt:

(71 ⋅ 97) mod 8 ≡ (7 ⋅ 1) mod 8 ≡ 7 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23732 mod 619.

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. 237 -> x
2. mod(x²,619) -> 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: 2371=237

2: 2372=2371+1=2371⋅2371 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 459 mod 619

4: 2374=2372+2=2372⋅2372 ≡ 459⋅459=210681 ≡ 221 mod 619

8: 2378=2374+4=2374⋅2374 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 559 mod 619

16: 23716=2378+8=2378⋅2378 ≡ 559⋅559=312481 ≡ 505 mod 619

32: 23732=23716+16=23716⋅23716 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 616 mod 619

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 505245 mod 751.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:

245 = 128+64+32+16+4+1

1: 5051=505

2: 5052=5051+1=5051⋅5051 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 436 mod 751

4: 5054=5052+2=5052⋅5052 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 93 mod 751

8: 5058=5054+4=5054⋅5054 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 388 mod 751

16: 50516=5058+8=5058⋅5058 ≡ 388⋅388=150544 ≡ 344 mod 751

32: 50532=50516+16=50516⋅50516 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 429 mod 751

64: 50564=50532+32=50532⋅50532 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 46 mod 751

128: 505128=50564+64=50564⋅50564 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 614 mod 751

505245

= 505128+64+32+16+4+1

= 505128⋅50564⋅50532⋅50516⋅5054⋅5051

614 ⋅ 46 ⋅ 429 ⋅ 344 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751
28244 ⋅ 429 ⋅ 344 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751 ≡ 457 ⋅ 429 ⋅ 344 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751
196053 ⋅ 344 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751 ≡ 42 ⋅ 344 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751
14448 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751 ≡ 179 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751
16647 ⋅ 505 mod 751 ≡ 125 ⋅ 505 mod 751
63125 mod 751 ≡ 41 mod 751

Es gilt also: 505245 ≡ 41 mod 751

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 65.

Also bestimme x, so dass 65 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 65

=>71 = 1⋅65 + 6
=>65 = 10⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,65)=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= 6-1⋅5
5= 65-10⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(65 -10⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅65 +10⋅ 6)
= -1⋅65 +11⋅ 6 (=1)
6= 71-1⋅65 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅65 +11⋅(71 -1⋅ 65)
= -1⋅65 +11⋅71 -11⋅ 65)
= 11⋅71 -12⋅ 65 (=1)

Es gilt also: ggt(71,65)=1 = 11⋅71 -12⋅65

oder wenn man 11⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅71 = -12⋅65

-12⋅65 = -11⋅71 + 1 |+71⋅65

-12⋅65 + 71⋅65 = -11⋅71 + 71⋅65 + 1

(-12 + 71) ⋅ 65 = (-11 + 65) ⋅ 71 + 1

59⋅65 = 54⋅71 + 1

Es gilt also: 59⋅65 = 54⋅71 +1

Somit 59⋅65 = 1 mod 71

59 ist also das Inverse von 65 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.