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: (27998 - 74) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(27998 - 74) mod 7 ≡ (27998 mod 7 - 74 mod 7) mod 7.

27998 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27998 = 28000-2 = 7 ⋅ 4000 -2 = 7 ⋅ 4000 - 7 + 5.

74 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 70+4 = 7 ⋅ 10 +4.

Somit gilt:

(27998 - 74) mod 7 ≡ (5 - 4) mod 7 ≡ 1 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (69 ⋅ 58) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(69 ⋅ 58) mod 11 ≡ (69 mod 11 ⋅ 58 mod 11) mod 11.

69 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 66 + 3 = 6 ⋅ 11 + 3 ist.

58 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 55 + 3 = 5 ⋅ 11 + 3 ist.

Somit gilt:

(69 ⋅ 58) mod 11 ≡ (3 ⋅ 3) mod 11 ≡ 9 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 653128 mod 941.

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. 653 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 6531=653

2: 6532=6531+1=6531⋅6531 ≡ 653⋅653=426409 ≡ 136 mod 941

4: 6534=6532+2=6532⋅6532 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 617 mod 941

8: 6538=6534+4=6534⋅6534 ≡ 617⋅617=380689 ≡ 525 mod 941

16: 65316=6538+8=6538⋅6538 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 853 mod 941

32: 65332=65316+16=65316⋅65316 ≡ 853⋅853=727609 ≡ 216 mod 941

64: 65364=65332+32=65332⋅65332 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 547 mod 941

128: 653128=65364+64=65364⋅65364 ≡ 547⋅547=299209 ≡ 912 mod 941

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 173177 mod 449.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 177 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 177 an und zerlegen 177 in eine Summer von 2er-Potenzen:

177 = 128+32+16+1

1: 1731=173

2: 1732=1731+1=1731⋅1731 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 295 mod 449

4: 1734=1732+2=1732⋅1732 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 368 mod 449

8: 1738=1734+4=1734⋅1734 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 275 mod 449

16: 17316=1738+8=1738⋅1738 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 193 mod 449

32: 17332=17316+16=17316⋅17316 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 431 mod 449

64: 17364=17332+32=17332⋅17332 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 324 mod 449

128: 173128=17364+64=17364⋅17364 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 359 mod 449

173177

= 173128+32+16+1

= 173128⋅17332⋅17316⋅1731

359 ⋅ 431 ⋅ 193 ⋅ 173 mod 449
154729 ⋅ 193 ⋅ 173 mod 449 ≡ 273 ⋅ 193 ⋅ 173 mod 449
52689 ⋅ 173 mod 449 ≡ 156 ⋅ 173 mod 449
26988 mod 449 ≡ 48 mod 449

Es gilt also: 173177 ≡ 48 mod 449

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 43.

Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 43

=>53 = 1⋅43 + 10
=>43 = 4⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,43)=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= 10-3⋅3
3= 43-4⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(43 -4⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅43 +12⋅ 10)
= -3⋅43 +13⋅ 10 (=1)
10= 53-1⋅43 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅43 +13⋅(53 -1⋅ 43)
= -3⋅43 +13⋅53 -13⋅ 43)
= 13⋅53 -16⋅ 43 (=1)

Es gilt also: ggt(53,43)=1 = 13⋅53 -16⋅43

oder wenn man 13⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅53 = -16⋅43

-16⋅43 = -13⋅53 + 1 |+53⋅43

-16⋅43 + 53⋅43 = -13⋅53 + 53⋅43 + 1

(-16 + 53) ⋅ 43 = (-13 + 43) ⋅ 53 + 1

37⋅43 = 30⋅53 + 1

Es gilt also: 37⋅43 = 30⋅53 +1

Somit 37⋅43 = 1 mod 53

37 ist also das Inverse von 43 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.