Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (11998 + 8004) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(11998 + 8004) mod 4 ≡ (11998 mod 4 + 8004 mod 4) mod 4.

11998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11998 = 11000+998 = 4 ⋅ 2750 +998.

8004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8004 = 8000+4 = 4 ⋅ 2000 +4.

Somit gilt:

(11998 + 8004) mod 4 ≡ (2 + 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 44) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(19 ⋅ 44) mod 3 ≡ (19 mod 3 ⋅ 44 mod 3) mod 3.

19 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 18 + 1 = 6 ⋅ 3 + 1 ist.

44 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 42 + 2 = 14 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(19 ⋅ 44) mod 3 ≡ (1 ⋅ 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 858128 mod 929.

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. 858 -> x
2. mod(x²,929) -> 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: 8581=858

2: 8582=8581+1=8581⋅8581 ≡ 858⋅858=736164 ≡ 396 mod 929

4: 8584=8582+2=8582⋅8582 ≡ 396⋅396=156816 ≡ 744 mod 929

8: 8588=8584+4=8584⋅8584 ≡ 744⋅744=553536 ≡ 781 mod 929

16: 85816=8588+8=8588⋅8588 ≡ 781⋅781=609961 ≡ 537 mod 929

32: 85832=85816+16=85816⋅85816 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 379 mod 929

64: 85864=85832+32=85832⋅85832 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 575 mod 929

128: 858128=85864+64=85864⋅85864 ≡ 575⋅575=330625 ≡ 830 mod 929

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 452188 mod 461.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 188 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 188 an und zerlegen 188 in eine Summer von 2er-Potenzen:

188 = 128+32+16+8+4

1: 4521=452

2: 4522=4521+1=4521⋅4521 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 81 mod 461

4: 4524=4522+2=4522⋅4522 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 107 mod 461

8: 4528=4524+4=4524⋅4524 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 385 mod 461

16: 45216=4528+8=4528⋅4528 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 244 mod 461

32: 45232=45216+16=45216⋅45216 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 67 mod 461

64: 45264=45232+32=45232⋅45232 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 340 mod 461

128: 452128=45264+64=45264⋅45264 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 350 mod 461

452188

= 452128+32+16+8+4

= 452128⋅45232⋅45216⋅4528⋅4524

≡ 350 ⋅ 67 ⋅ 244 ⋅ 385 ⋅ 107 mod 461
≡ 23450 ⋅ 244 ⋅ 385 ⋅ 107 mod 461 ≡ 400 ⋅ 244 ⋅ 385 ⋅ 107 mod 461
≡ 97600 ⋅ 385 ⋅ 107 mod 461 ≡ 329 ⋅ 385 ⋅ 107 mod 461
≡ 126665 ⋅ 107 mod 461 ≡ 351 ⋅ 107 mod 461
≡ 37557 mod 461 ≡ 216 mod 461

Es gilt also: 452188 ≡ 216 mod 461

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 42

=>67 = 1⋅42 + 25
=>42 = 1⋅25 + 17
=>25 = 1⋅17 + 8
=>17 = 2⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,42)=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= 17-2⋅8
8= 25-1⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -2⋅(25 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅25 +2⋅ 17)
= -2⋅25 +3⋅ 17 (=1)
17= 42-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅25 +3⋅(42 -1⋅ 25)
= -2⋅25 +3⋅42 -3⋅ 25)
= 3⋅42 -5⋅ 25 (=1)
25= 67-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅42 -5⋅(67 -1⋅ 42)
= 3⋅42 -5⋅67 +5⋅ 42)
= -5⋅67 +8⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(67,42)=1 = -5⋅67 +8⋅42

oder wenn man -5⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅67 = +8⋅42

Es gilt also: 8⋅42 = 5⋅67 +1

Somit 8⋅42 = 1 mod 67

8 ist also das Inverse von 42 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.