Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (6000 - 2996) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(6000 - 2996) mod 6 ≡ (6000 mod 6 - 2996 mod 6) mod 6.

6000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6000 = 6000+0 = 6 ⋅ 1000 +0.

2996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2996 = 3000-4 = 6 ⋅ 500 -4 = 6 ⋅ 500 - 6 + 2.

Somit gilt:

(6000 - 2996) mod 6 ≡ (0 - 2) mod 6 ≡ -2 mod 6 ≡ 4 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 53) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(84 ⋅ 53) mod 7 ≡ (84 mod 7 ⋅ 53 mod 7) mod 7.

84 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 84 + 0 = 12 ⋅ 7 + 0 ist.

53 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 49 + 4 = 7 ⋅ 7 + 4 ist.

Somit gilt:

(84 ⋅ 53) mod 7 ≡ (0 ⋅ 4) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 59764 mod 677.

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. 597 -> x
2. mod(x²,677) -> 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: 5971=597

2: 5972=5971+1=5971⋅5971 ≡ 597⋅597=356409 ≡ 307 mod 677

4: 5974=5972+2=5972⋅5972 ≡ 307⋅307=94249 ≡ 146 mod 677

8: 5978=5974+4=5974⋅5974 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 329 mod 677

16: 59716=5978+8=5978⋅5978 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 598 mod 677

32: 59732=59716+16=59716⋅59716 ≡ 598⋅598=357604 ≡ 148 mod 677

64: 59764=59732+32=59732⋅59732 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 240 mod 677

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 738143 mod 863.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 143 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 143 an und zerlegen 143 in eine Summer von 2er-Potenzen:

143 = 128+8+4+2+1

1: 7381=738

2: 7382=7381+1=7381⋅7381 ≡ 738⋅738=544644 ≡ 91 mod 863

4: 7384=7382+2=7382⋅7382 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 514 mod 863

8: 7388=7384+4=7384⋅7384 ≡ 514⋅514=264196 ≡ 118 mod 863

16: 73816=7388+8=7388⋅7388 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 116 mod 863

32: 73832=73816+16=73816⋅73816 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 511 mod 863

64: 73864=73832+32=73832⋅73832 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 495 mod 863

128: 738128=73864+64=73864⋅73864 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 796 mod 863

738143

= 738128+8+4+2+1

= 738128⋅7388⋅7384⋅7382⋅7381

796 ⋅ 118 ⋅ 514 ⋅ 91 ⋅ 738 mod 863
93928 ⋅ 514 ⋅ 91 ⋅ 738 mod 863 ≡ 724 ⋅ 514 ⋅ 91 ⋅ 738 mod 863
372136 ⋅ 91 ⋅ 738 mod 863 ≡ 183 ⋅ 91 ⋅ 738 mod 863
16653 ⋅ 738 mod 863 ≡ 256 ⋅ 738 mod 863
188928 mod 863 ≡ 794 mod 863

Es gilt also: 738143 ≡ 794 mod 863

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 31

=>97 = 3⋅31 + 4
=>31 = 7⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,31)=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= 4-1⋅3
3= 31-7⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(31 -7⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅31 +7⋅ 4)
= -1⋅31 +8⋅ 4 (=1)
4= 97-3⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅31 +8⋅(97 -3⋅ 31)
= -1⋅31 +8⋅97 -24⋅ 31)
= 8⋅97 -25⋅ 31 (=1)

Es gilt also: ggt(97,31)=1 = 8⋅97 -25⋅31

oder wenn man 8⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -8⋅97 = -25⋅31

-25⋅31 = -8⋅97 + 1 |+97⋅31

-25⋅31 + 97⋅31 = -8⋅97 + 97⋅31 + 1

(-25 + 97) ⋅ 31 = (-8 + 31) ⋅ 97 + 1

72⋅31 = 23⋅97 + 1

Es gilt also: 72⋅31 = 23⋅97 +1

Somit 72⋅31 = 1 mod 97

72 ist also das Inverse von 31 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.