Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2406 - 16004) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2406 - 16004) mod 8 ≡ (2406 mod 8 - 16004 mod 8) mod 8.

2406 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2406 = 2400+6 = 8 ⋅ 300 +6.

16004 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16004 = 16000+4 = 8 ⋅ 2000 +4.

Somit gilt:

(2406 - 16004) mod 8 ≡ (6 - 4) mod 8 ≡ 2 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 47) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(74 ⋅ 47) mod 8 ≡ (74 mod 8 ⋅ 47 mod 8) mod 8.

74 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 9 ⋅ 8 + 2 ist.

47 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 40 + 7 = 5 ⋅ 8 + 7 ist.

Somit gilt:

(74 ⋅ 47) mod 8 ≡ (2 ⋅ 7) mod 8 ≡ 14 mod 8 ≡ 6 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 49764 mod 587.

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. 497 -> x
2. mod(x²,587) -> 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: 4971=497

2: 4972=4971+1=4971⋅4971 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 469 mod 587

4: 4974=4972+2=4972⋅4972 ≡ 469⋅469=219961 ≡ 423 mod 587

8: 4978=4974+4=4974⋅4974 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 481 mod 587

16: 49716=4978+8=4978⋅4978 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 83 mod 587

32: 49732=49716+16=49716⋅49716 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 432 mod 587

64: 49764=49732+32=49732⋅49732 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 545 mod 587

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 291220 mod 523.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 220 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 220 an und zerlegen 220 in eine Summer von 2er-Potenzen:

220 = 128+64+16+8+4

1: 2911=291

2: 2912=2911+1=2911⋅2911 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 478 mod 523

4: 2914=2912+2=2912⋅2912 ≡ 478⋅478=228484 ≡ 456 mod 523

8: 2918=2914+4=2914⋅2914 ≡ 456⋅456=207936 ≡ 305 mod 523

16: 29116=2918+8=2918⋅2918 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 454 mod 523

32: 29132=29116+16=29116⋅29116 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 54 mod 523

64: 29164=29132+32=29132⋅29132 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 301 mod 523

128: 291128=29164+64=29164⋅29164 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 122 mod 523

291220

= 291128+64+16+8+4

= 291128⋅29164⋅29116⋅2918⋅2914

122 ⋅ 301 ⋅ 454 ⋅ 305 ⋅ 456 mod 523
36722 ⋅ 454 ⋅ 305 ⋅ 456 mod 523 ≡ 112 ⋅ 454 ⋅ 305 ⋅ 456 mod 523
50848 ⋅ 305 ⋅ 456 mod 523 ≡ 117 ⋅ 305 ⋅ 456 mod 523
35685 ⋅ 456 mod 523 ≡ 121 ⋅ 456 mod 523
55176 mod 523 ≡ 261 mod 523

Es gilt also: 291220 ≡ 261 mod 523

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 59.

Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 59

=>67 = 1⋅59 + 8
=>59 = 7⋅8 + 3
=>8 = 2⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,59)=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= 3-1⋅2
2= 8-2⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3)
= -1⋅8 +3⋅ 3 (=1)
3= 59-7⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅8 +3⋅(59 -7⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅59 -21⋅ 8)
= 3⋅59 -22⋅ 8 (=1)
8= 67-1⋅59 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅59 -22⋅(67 -1⋅ 59)
= 3⋅59 -22⋅67 +22⋅ 59)
= -22⋅67 +25⋅ 59 (=1)

Es gilt also: ggt(67,59)=1 = -22⋅67 +25⋅59

oder wenn man -22⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +22⋅67 = +25⋅59

Es gilt also: 25⋅59 = 22⋅67 +1

Somit 25⋅59 = 1 mod 67

25 ist also das Inverse von 59 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.