Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15000 + 49) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15000 + 49) mod 5 ≡ (15000 mod 5 + 49 mod 5) mod 5.

15000 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15000 = 15000+0 = 5 ⋅ 3000 +0.

49 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 40+9 = 5 ⋅ 8 +9.

Somit gilt:

(15000 + 49) mod 5 ≡ (0 + 4) mod 5 ≡ 4 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (37 ⋅ 60) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(37 ⋅ 60) mod 7 ≡ (37 mod 7 ⋅ 60 mod 7) mod 7.

37 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 35 + 2 = 5 ⋅ 7 + 2 ist.

60 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 56 + 4 = 8 ⋅ 7 + 4 ist.

Somit gilt:

(37 ⋅ 60) mod 7 ≡ (2 ⋅ 4) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 1078 mod 281.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 107 -> x
2. mod(x²,281) -> 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: 1071=107

2: 1072=1071+1=1071⋅1071 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 209 mod 281

4: 1074=1072+2=1072⋅1072 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 126 mod 281

8: 1078=1074+4=1074⋅1074 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 140 mod 281

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 793127 mod 827.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 127 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 127 an und zerlegen 127 in eine Summer von 2er-Potenzen:

127 = 64+32+16+8+4+2+1

1: 7931=793

2: 7932=7931+1=7931⋅7931 ≡ 793⋅793=628849 ≡ 329 mod 827

4: 7934=7932+2=7932⋅7932 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 731 mod 827

8: 7938=7934+4=7934⋅7934 ≡ 731⋅731=534361 ≡ 119 mod 827

16: 79316=7938+8=7938⋅7938 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 102 mod 827

32: 79332=79316+16=79316⋅79316 ≡ 102⋅102=10404 ≡ 480 mod 827

64: 79364=79332+32=79332⋅79332 ≡ 480⋅480=230400 ≡ 494 mod 827

793127

= 79364+32+16+8+4+2+1

= 79364⋅79332⋅79316⋅7938⋅7934⋅7932⋅7931

494 ⋅ 480 ⋅ 102 ⋅ 119 ⋅ 731 ⋅ 329 ⋅ 793 mod 827
237120 ⋅ 102 ⋅ 119 ⋅ 731 ⋅ 329 ⋅ 793 mod 827 ≡ 598 ⋅ 102 ⋅ 119 ⋅ 731 ⋅ 329 ⋅ 793 mod 827
60996 ⋅ 119 ⋅ 731 ⋅ 329 ⋅ 793 mod 827 ≡ 625 ⋅ 119 ⋅ 731 ⋅ 329 ⋅ 793 mod 827
74375 ⋅ 731 ⋅ 329 ⋅ 793 mod 827 ≡ 772 ⋅ 731 ⋅ 329 ⋅ 793 mod 827
564332 ⋅ 329 ⋅ 793 mod 827 ≡ 318 ⋅ 329 ⋅ 793 mod 827
104622 ⋅ 793 mod 827 ≡ 420 ⋅ 793 mod 827
333060 mod 827 ≡ 606 mod 827

Es gilt also: 793127 ≡ 606 mod 827

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 66.

Also bestimme x, so dass 66 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 66

=>97 = 1⋅66 + 31
=>66 = 2⋅31 + 4
=>31 = 7⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,66)=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= 31-7⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(31 -7⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅31 +7⋅ 4)
= -1⋅31 +8⋅ 4 (=1)
4= 66-2⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅31 +8⋅(66 -2⋅ 31)
= -1⋅31 +8⋅66 -16⋅ 31)
= 8⋅66 -17⋅ 31 (=1)
31= 97-1⋅66 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 8⋅66 -17⋅(97 -1⋅ 66)
= 8⋅66 -17⋅97 +17⋅ 66)
= -17⋅97 +25⋅ 66 (=1)

Es gilt also: ggt(97,66)=1 = -17⋅97 +25⋅66

oder wenn man -17⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅97 = +25⋅66

Es gilt also: 25⋅66 = 17⋅97 +1

Somit 25⋅66 = 1 mod 97

25 ist also das Inverse von 66 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.