Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (235 + 326) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(235 + 326) mod 8 ≡ (235 mod 8 + 326 mod 8) mod 8.

235 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 235 = 240-5 = 8 ⋅ 30 -5 = 8 ⋅ 30 - 8 + 3.

326 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 326 = 320+6 = 8 ⋅ 40 +6.

Somit gilt:

(235 + 326) mod 8 ≡ (3 + 6) mod 8 ≡ 9 mod 8 ≡ 1 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 19) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(53 ⋅ 19) mod 5 ≡ (53 mod 5 ⋅ 19 mod 5) mod 5.

53 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 50 + 3 = 10 ⋅ 5 + 3 ist.

19 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 15 + 4 = 3 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(53 ⋅ 19) mod 5 ≡ (3 ⋅ 4) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 13632 mod 439.

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. 136 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 1361=136

2: 1362=1361+1=1361⋅1361 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 58 mod 439

4: 1364=1362+2=1362⋅1362 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 291 mod 439

8: 1368=1364+4=1364⋅1364 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 393 mod 439

16: 13616=1368+8=1368⋅1368 ≡ 393⋅393=154449 ≡ 360 mod 439

32: 13632=13616+16=13616⋅13616 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 95 mod 439

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 52793 mod 647.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 93 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 93 an und zerlegen 93 in eine Summer von 2er-Potenzen:

93 = 64+16+8+4+1

1: 5271=527

2: 5272=5271+1=5271⋅5271 ≡ 527⋅527=277729 ≡ 166 mod 647

4: 5274=5272+2=5272⋅5272 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 382 mod 647

8: 5278=5274+4=5274⋅5274 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 349 mod 647

16: 52716=5278+8=5278⋅5278 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 165 mod 647

32: 52732=52716+16=52716⋅52716 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 51 mod 647

64: 52764=52732+32=52732⋅52732 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 13 mod 647

52793

= 52764+16+8+4+1

= 52764⋅52716⋅5278⋅5274⋅5271

13 ⋅ 165 ⋅ 349 ⋅ 382 ⋅ 527 mod 647
2145 ⋅ 349 ⋅ 382 ⋅ 527 mod 647 ≡ 204 ⋅ 349 ⋅ 382 ⋅ 527 mod 647
71196 ⋅ 382 ⋅ 527 mod 647 ≡ 26 ⋅ 382 ⋅ 527 mod 647
9932 ⋅ 527 mod 647 ≡ 227 ⋅ 527 mod 647
119629 mod 647 ≡ 581 mod 647

Es gilt also: 52793 ≡ 581 mod 647

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 42

=>89 = 2⋅42 + 5
=>42 = 8⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,42)=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= 5-2⋅2
2= 42-8⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(42 -8⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅42 +16⋅ 5)
= -2⋅42 +17⋅ 5 (=1)
5= 89-2⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅42 +17⋅(89 -2⋅ 42)
= -2⋅42 +17⋅89 -34⋅ 42)
= 17⋅89 -36⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(89,42)=1 = 17⋅89 -36⋅42

oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅89 = -36⋅42

-36⋅42 = -17⋅89 + 1 |+89⋅42

-36⋅42 + 89⋅42 = -17⋅89 + 89⋅42 + 1

(-36 + 89) ⋅ 42 = (-17 + 42) ⋅ 89 + 1

53⋅42 = 25⋅89 + 1

Es gilt also: 53⋅42 = 25⋅89 +1

Somit 53⋅42 = 1 mod 89

53 ist also das Inverse von 42 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.