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: (3997 + 4005) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3997 + 4005) mod 8 ≡ (3997 mod 8 + 4005 mod 8) mod 8.

3997 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3997 = 4000-3 = 8 ⋅ 500 -3 = 8 ⋅ 500 - 8 + 5.

4005 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4005 = 4000+5 = 8 ⋅ 500 +5.

Somit gilt:

(3997 + 4005) mod 8 ≡ (5 + 5) mod 8 ≡ 10 mod 8 ≡ 2 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 70) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 70) mod 8 ≡ (21 mod 8 ⋅ 70 mod 8) mod 8.

21 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 16 + 5 = 2 ⋅ 8 + 5 ist.

70 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 64 + 6 = 8 ⋅ 8 + 6 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 70) mod 8 ≡ (5 ⋅ 6) mod 8 ≡ 30 mod 8 ≡ 6 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 9364 mod 311.

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. 93 -> x
2. mod(x²,311) -> 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: 931=93

2: 932=931+1=931⋅931 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 252 mod 311

4: 934=932+2=932⋅932 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 60 mod 311

8: 938=934+4=934⋅934 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 179 mod 311

16: 9316=938+8=938⋅938 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 8 mod 311

32: 9332=9316+16=9316⋅9316 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 311

64: 9364=9332+32=9332⋅9332 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 53 mod 311

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 460191 mod 967.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:

191 = 128+32+16+8+4+2+1

1: 4601=460

2: 4602=4601+1=4601⋅4601 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 794 mod 967

4: 4604=4602+2=4602⋅4602 ≡ 794⋅794=630436 ≡ 919 mod 967

8: 4608=4604+4=4604⋅4604 ≡ 919⋅919=844561 ≡ 370 mod 967

16: 46016=4608+8=4608⋅4608 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 553 mod 967

32: 46032=46016+16=46016⋅46016 ≡ 553⋅553=305809 ≡ 237 mod 967

64: 46064=46032+32=46032⋅46032 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 83 mod 967

128: 460128=46064+64=46064⋅46064 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 120 mod 967

460191

= 460128+32+16+8+4+2+1

= 460128⋅46032⋅46016⋅4608⋅4604⋅4602⋅4601

120 ⋅ 237 ⋅ 553 ⋅ 370 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967
28440 ⋅ 553 ⋅ 370 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967 ≡ 397 ⋅ 553 ⋅ 370 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967
219541 ⋅ 370 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967 ≡ 32 ⋅ 370 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967
11840 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967 ≡ 236 ⋅ 919 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967
216884 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967 ≡ 276 ⋅ 794 ⋅ 460 mod 967
219144 ⋅ 460 mod 967 ≡ 602 ⋅ 460 mod 967
276920 mod 967 ≡ 358 mod 967

Es gilt also: 460191 ≡ 358 mod 967

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 55.

Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 55

=>59 = 1⋅55 + 4
=>55 = 13⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,55)=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= 4-1⋅3
3= 55-13⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(55 -13⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅55 +13⋅ 4)
= -1⋅55 +14⋅ 4 (=1)
4= 59-1⋅55 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅55 +14⋅(59 -1⋅ 55)
= -1⋅55 +14⋅59 -14⋅ 55)
= 14⋅59 -15⋅ 55 (=1)

Es gilt also: ggt(59,55)=1 = 14⋅59 -15⋅55

oder wenn man 14⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -14⋅59 = -15⋅55

-15⋅55 = -14⋅59 + 1 |+59⋅55

-15⋅55 + 59⋅55 = -14⋅59 + 59⋅55 + 1

(-15 + 59) ⋅ 55 = (-14 + 55) ⋅ 59 + 1

44⋅55 = 41⋅59 + 1

Es gilt also: 44⋅55 = 41⋅59 +1

Somit 44⋅55 = 1 mod 59

44 ist also das Inverse von 55 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.