Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (147 + 9001) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(147 + 9001) mod 3 ≡ (147 mod 3 + 9001 mod 3) mod 3.

147 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 147 = 150-3 = 3 ⋅ 50 -3 = 3 ⋅ 50 - 3 + 0.

9001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9001 = 9000+1 = 3 ⋅ 3000 +1.

Somit gilt:

(147 + 9001) mod 3 ≡ (0 + 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (51 ⋅ 16) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(51 ⋅ 16) mod 6 ≡ (51 mod 6 ⋅ 16 mod 6) mod 6.

51 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 48 + 3 = 8 ⋅ 6 + 3 ist.

16 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 12 + 4 = 2 ⋅ 6 + 4 ist.

Somit gilt:

(51 ⋅ 16) mod 6 ≡ (3 ⋅ 4) mod 6 ≡ 12 mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 347128 mod 739.

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. 347 -> x
2. mod(x²,739) -> 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: 3471=347

2: 3472=3471+1=3471⋅3471 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 691 mod 739

4: 3474=3472+2=3472⋅3472 ≡ 691⋅691=477481 ≡ 87 mod 739

8: 3478=3474+4=3474⋅3474 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 179 mod 739

16: 34716=3478+8=3478⋅3478 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 264 mod 739

32: 34732=34716+16=34716⋅34716 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 230 mod 739

64: 34764=34732+32=34732⋅34732 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 431 mod 739

128: 347128=34764+64=34764⋅34764 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 272 mod 739

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 848196 mod 953.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 196 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 196 an und zerlegen 196 in eine Summer von 2er-Potenzen:

196 = 128+64+4

1: 8481=848

2: 8482=8481+1=8481⋅8481 ≡ 848⋅848=719104 ≡ 542 mod 953

4: 8484=8482+2=8482⋅8482 ≡ 542⋅542=293764 ≡ 240 mod 953

8: 8488=8484+4=8484⋅8484 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 420 mod 953

16: 84816=8488+8=8488⋅8488 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 95 mod 953

32: 84832=84816+16=84816⋅84816 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 448 mod 953

64: 84864=84832+32=84832⋅84832 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 574 mod 953

128: 848128=84864+64=84864⋅84864 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 691 mod 953

848196

= 848128+64+4

= 848128⋅84864⋅8484

691 ⋅ 574 ⋅ 240 mod 953
396634 ⋅ 240 mod 953 ≡ 186 ⋅ 240 mod 953
44640 mod 953 ≡ 802 mod 953

Es gilt also: 848196 ≡ 802 mod 953

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 25.

Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 25

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

also gilt: ggt(67,25)=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= 67-2⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅25 +3⋅(67 -2⋅ 25)
= -2⋅25 +3⋅67 -6⋅ 25)
= 3⋅67 -8⋅ 25 (=1)

Es gilt also: ggt(67,25)=1 = 3⋅67 -8⋅25

oder wenn man 3⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅67 = -8⋅25

-8⋅25 = -3⋅67 + 1 |+67⋅25

-8⋅25 + 67⋅25 = -3⋅67 + 67⋅25 + 1

(-8 + 67) ⋅ 25 = (-3 + 25) ⋅ 67 + 1

59⋅25 = 22⋅67 + 1

Es gilt also: 59⋅25 = 22⋅67 +1

Somit 59⋅25 = 1 mod 67

59 ist also das Inverse von 25 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.