Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (282 + 209) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(282 + 209) mod 7 ≡ (282 mod 7 + 209 mod 7) mod 7.

282 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 282 = 280+2 = 7 ⋅ 40 +2.

209 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 209 = 210-1 = 7 ⋅ 30 -1 = 7 ⋅ 30 - 7 + 6.

Somit gilt:

(282 + 209) mod 7 ≡ (2 + 6) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 74) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15 ⋅ 74) mod 4 ≡ (15 mod 4 ⋅ 74 mod 4) mod 4.

15 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 12 + 3 = 3 ⋅ 4 + 3 ist.

74 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 18 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(15 ⋅ 74) mod 4 ≡ (3 ⋅ 2) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 14864 mod 241.

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. 148 -> x
2. mod(x²,241) -> 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: 1481=148

2: 1482=1481+1=1481⋅1481 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 214 mod 241

4: 1484=1482+2=1482⋅1482 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 6 mod 241

8: 1488=1484+4=1484⋅1484 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 241

16: 14816=1488+8=1488⋅1488 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 91 mod 241

32: 14832=14816+16=14816⋅14816 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 87 mod 241

64: 14864=14832+32=14832⋅14832 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 98 mod 241

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 673252 mod 773.

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: 6731=673

2: 6732=6731+1=6731⋅6731 ≡ 673⋅673=452929 ≡ 724 mod 773

4: 6734=6732+2=6732⋅6732 ≡ 724⋅724=524176 ≡ 82 mod 773

8: 6738=6734+4=6734⋅6734 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 540 mod 773

16: 67316=6738+8=6738⋅6738 ≡ 540⋅540=291600 ≡ 179 mod 773

32: 67332=67316+16=67316⋅67316 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 348 mod 773

64: 67364=67332+32=67332⋅67332 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 516 mod 773

128: 673128=67364+64=67364⋅67364 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 344 mod 773

673252

= 673128+64+32+16+8+4

= 673128⋅67364⋅67332⋅67316⋅6738⋅6734

344 ⋅ 516 ⋅ 348 ⋅ 179 ⋅ 540 ⋅ 82 mod 773
177504 ⋅ 348 ⋅ 179 ⋅ 540 ⋅ 82 mod 773 ≡ 487 ⋅ 348 ⋅ 179 ⋅ 540 ⋅ 82 mod 773
169476 ⋅ 179 ⋅ 540 ⋅ 82 mod 773 ≡ 189 ⋅ 179 ⋅ 540 ⋅ 82 mod 773
33831 ⋅ 540 ⋅ 82 mod 773 ≡ 592 ⋅ 540 ⋅ 82 mod 773
319680 ⋅ 82 mod 773 ≡ 431 ⋅ 82 mod 773
35342 mod 773 ≡ 557 mod 773

Es gilt also: 673252 ≡ 557 mod 773

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 69.

Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 69

=>79 = 1⋅69 + 10
=>69 = 6⋅10 + 9
=>10 = 1⋅9 + 1
=>9 = 9⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,69)=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= 10-1⋅9
9= 69-6⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -1⋅(69 -6⋅ 10)
= 1⋅10 -1⋅69 +6⋅ 10)
= -1⋅69 +7⋅ 10 (=1)
10= 79-1⋅69 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅69 +7⋅(79 -1⋅ 69)
= -1⋅69 +7⋅79 -7⋅ 69)
= 7⋅79 -8⋅ 69 (=1)

Es gilt also: ggt(79,69)=1 = 7⋅79 -8⋅69

oder wenn man 7⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅79 = -8⋅69

-8⋅69 = -7⋅79 + 1 |+79⋅69

-8⋅69 + 79⋅69 = -7⋅79 + 79⋅69 + 1

(-8 + 79) ⋅ 69 = (-7 + 69) ⋅ 79 + 1

71⋅69 = 62⋅79 + 1

Es gilt also: 71⋅69 = 62⋅79 +1

Somit 71⋅69 = 1 mod 79

71 ist also das Inverse von 69 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.