Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (200 + 11996) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(200 + 11996) mod 4 ≡ (200 mod 4 + 11996 mod 4) mod 4.

200 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 200 = 200+0 = 4 ⋅ 50 +0.

11996 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11996 = 11000+996 = 4 ⋅ 2750 +996.

Somit gilt:

(200 + 11996) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (62 ⋅ 30) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(62 ⋅ 30) mod 4 ≡ (62 mod 4 ⋅ 30 mod 4) mod 4.

62 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60 + 2 = 15 ⋅ 4 + 2 ist.

30 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 28 + 2 = 7 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(62 ⋅ 30) mod 4 ≡ (2 ⋅ 2) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 52532 mod 839.

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. 525 -> x
2. mod(x²,839) -> 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: 5251=525

2: 5252=5251+1=5251⋅5251 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 433 mod 839

4: 5254=5252+2=5252⋅5252 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 392 mod 839

8: 5258=5254+4=5254⋅5254 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 127 mod 839

16: 52516=5258+8=5258⋅5258 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 188 mod 839

32: 52532=52516+16=52516⋅52516 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 106 mod 839

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 194157 mod 331.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 157 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 157 an und zerlegen 157 in eine Summer von 2er-Potenzen:

157 = 128+16+8+4+1

1: 1941=194

2: 1942=1941+1=1941⋅1941 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 233 mod 331

4: 1944=1942+2=1942⋅1942 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 5 mod 331

8: 1948=1944+4=1944⋅1944 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 331

16: 19416=1948+8=1948⋅1948 ≡ 25⋅25=625 ≡ 294 mod 331

32: 19432=19416+16=19416⋅19416 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 45 mod 331

64: 19464=19432+32=19432⋅19432 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 39 mod 331

128: 194128=19464+64=19464⋅19464 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 197 mod 331

194157

= 194128+16+8+4+1

= 194128⋅19416⋅1948⋅1944⋅1941

197 ⋅ 294 ⋅ 25 ⋅ 5 ⋅ 194 mod 331
57918 ⋅ 25 ⋅ 5 ⋅ 194 mod 331 ≡ 324 ⋅ 25 ⋅ 5 ⋅ 194 mod 331
8100 ⋅ 5 ⋅ 194 mod 331 ≡ 156 ⋅ 5 ⋅ 194 mod 331
780 ⋅ 194 mod 331 ≡ 118 ⋅ 194 mod 331
22892 mod 331 ≡ 53 mod 331

Es gilt also: 194157 ≡ 53 mod 331

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 56.

Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 56

=>73 = 1⋅56 + 17
=>56 = 3⋅17 + 5
=>17 = 3⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,56)=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= 17-3⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(17 -3⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅17 +6⋅ 5)
= -2⋅17 +7⋅ 5 (=1)
5= 56-3⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅17 +7⋅(56 -3⋅ 17)
= -2⋅17 +7⋅56 -21⋅ 17)
= 7⋅56 -23⋅ 17 (=1)
17= 73-1⋅56 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅56 -23⋅(73 -1⋅ 56)
= 7⋅56 -23⋅73 +23⋅ 56)
= -23⋅73 +30⋅ 56 (=1)

Es gilt also: ggt(73,56)=1 = -23⋅73 +30⋅56

oder wenn man -23⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +23⋅73 = +30⋅56

Es gilt also: 30⋅56 = 23⋅73 +1

Somit 30⋅56 = 1 mod 73

30 ist also das Inverse von 56 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.