Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2393 + 32005) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2393 + 32005) mod 8 ≡ (2393 mod 8 + 32005 mod 8) mod 8.

2393 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2393 = 2400-7 = 8 ⋅ 300 -7 = 8 ⋅ 300 - 8 + 1.

32005 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32005 = 32000+5 = 8 ⋅ 4000 +5.

Somit gilt:

(2393 + 32005) mod 8 ≡ (1 + 5) mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (39 ⋅ 100) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(39 ⋅ 100) mod 6 ≡ (39 mod 6 ⋅ 100 mod 6) mod 6.

39 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 36 + 3 = 6 ⋅ 6 + 3 ist.

100 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 96 + 4 = 16 ⋅ 6 + 4 ist.

Somit gilt:

(39 ⋅ 100) mod 6 ≡ (3 ⋅ 4) mod 6 ≡ 12 mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23864 mod 641.

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. 238 -> x
2. mod(x²,641) -> 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: 2381=238

2: 2382=2381+1=2381⋅2381 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 236 mod 641

4: 2384=2382+2=2382⋅2382 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 570 mod 641

8: 2388=2384+4=2384⋅2384 ≡ 570⋅570=324900 ≡ 554 mod 641

16: 23816=2388+8=2388⋅2388 ≡ 554⋅554=306916 ≡ 518 mod 641

32: 23832=23816+16=23816⋅23816 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 386 mod 641

64: 23864=23832+32=23832⋅23832 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 284 mod 641

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 276252 mod 359.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 252 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 252 an und zerlegen 252 in eine Summer von 2er-Potenzen:

252 = 128+64+32+16+8+4

1: 2761=276

2: 2762=2761+1=2761⋅2761 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 68 mod 359

4: 2764=2762+2=2762⋅2762 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 316 mod 359

8: 2768=2764+4=2764⋅2764 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 54 mod 359

16: 27616=2768+8=2768⋅2768 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 44 mod 359

32: 27632=27616+16=27616⋅27616 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 141 mod 359

64: 27664=27632+32=27632⋅27632 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 136 mod 359

128: 276128=27664+64=27664⋅27664 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 187 mod 359

276252

= 276128+64+32+16+8+4

= 276128⋅27664⋅27632⋅27616⋅2768⋅2764

187 ⋅ 136 ⋅ 141 ⋅ 44 ⋅ 54 ⋅ 316 mod 359
25432 ⋅ 141 ⋅ 44 ⋅ 54 ⋅ 316 mod 359 ≡ 302 ⋅ 141 ⋅ 44 ⋅ 54 ⋅ 316 mod 359
42582 ⋅ 44 ⋅ 54 ⋅ 316 mod 359 ≡ 220 ⋅ 44 ⋅ 54 ⋅ 316 mod 359
9680 ⋅ 54 ⋅ 316 mod 359 ≡ 346 ⋅ 54 ⋅ 316 mod 359
18684 ⋅ 316 mod 359 ≡ 16 ⋅ 316 mod 359
5056 mod 359 ≡ 30 mod 359

Es gilt also: 276252 ≡ 30 mod 359

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 62.

Also bestimme x, so dass 62 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 62

=>83 = 1⋅62 + 21
=>62 = 2⋅21 + 20
=>21 = 1⋅20 + 1
=>20 = 20⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,62)=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= 21-1⋅20
20= 62-2⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -1⋅(62 -2⋅ 21)
= 1⋅21 -1⋅62 +2⋅ 21)
= -1⋅62 +3⋅ 21 (=1)
21= 83-1⋅62 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅62 +3⋅(83 -1⋅ 62)
= -1⋅62 +3⋅83 -3⋅ 62)
= 3⋅83 -4⋅ 62 (=1)

Es gilt also: ggt(83,62)=1 = 3⋅83 -4⋅62

oder wenn man 3⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅83 = -4⋅62

-4⋅62 = -3⋅83 + 1 |+83⋅62

-4⋅62 + 83⋅62 = -3⋅83 + 83⋅62 + 1

(-4 + 83) ⋅ 62 = (-3 + 62) ⋅ 83 + 1

79⋅62 = 59⋅83 + 1

Es gilt also: 79⋅62 = 59⋅83 +1

Somit 79⋅62 = 1 mod 83

79 ist also das Inverse von 62 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.