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: (25002 - 5005) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(25002 - 5005) mod 5 ≡ (25002 mod 5 - 5005 mod 5) mod 5.

25002 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25002 = 25000+2 = 5 ⋅ 5000 +2.

5005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5005 = 5000+5 = 5 ⋅ 1000 +5.

Somit gilt:

(25002 - 5005) mod 5 ≡ (2 - 0) mod 5 ≡ 2 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 34) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(46 ⋅ 34) mod 5 ≡ (46 mod 5 ⋅ 34 mod 5) mod 5.

46 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 9 ⋅ 5 + 1 ist.

34 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 30 + 4 = 6 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(46 ⋅ 34) mod 5 ≡ (1 ⋅ 4) mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 579128 mod 727.

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. 579 -> x
2. mod(x²,727) -> 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: 5791=579

2: 5792=5791+1=5791⋅5791 ≡ 579⋅579=335241 ≡ 94 mod 727

4: 5794=5792+2=5792⋅5792 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 112 mod 727

8: 5798=5794+4=5794⋅5794 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 185 mod 727

16: 57916=5798+8=5798⋅5798 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 56 mod 727

32: 57932=57916+16=57916⋅57916 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 228 mod 727

64: 57964=57932+32=57932⋅57932 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 367 mod 727

128: 579128=57964+64=57964⋅57964 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 194 mod 727

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 234163 mod 271.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 163 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 163 an und zerlegen 163 in eine Summer von 2er-Potenzen:

163 = 128+32+2+1

1: 2341=234

2: 2342=2341+1=2341⋅2341 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 14 mod 271

4: 2344=2342+2=2342⋅2342 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 271

8: 2348=2344+4=2344⋅2344 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 205 mod 271

16: 23416=2348+8=2348⋅2348 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 20 mod 271

32: 23432=23416+16=23416⋅23416 ≡ 20⋅20=400 ≡ 129 mod 271

64: 23464=23432+32=23432⋅23432 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 110 mod 271

128: 234128=23464+64=23464⋅23464 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 176 mod 271

234163

= 234128+32+2+1

= 234128⋅23432⋅2342⋅2341

176 ⋅ 129 ⋅ 14 ⋅ 234 mod 271
22704 ⋅ 14 ⋅ 234 mod 271 ≡ 211 ⋅ 14 ⋅ 234 mod 271
2954 ⋅ 234 mod 271 ≡ 244 ⋅ 234 mod 271
57096 mod 271 ≡ 186 mod 271

Es gilt also: 234163 ≡ 186 mod 271

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 66.

Also bestimme x, so dass 66 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 66

=>83 = 1⋅66 + 17
=>66 = 3⋅17 + 15
=>17 = 1⋅15 + 2
=>15 = 7⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,66)=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= 15-7⋅2
2= 17-1⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅15 -7⋅(17 -1⋅ 15)
= 1⋅15 -7⋅17 +7⋅ 15)
= -7⋅17 +8⋅ 15 (=1)
15= 66-3⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -7⋅17 +8⋅(66 -3⋅ 17)
= -7⋅17 +8⋅66 -24⋅ 17)
= 8⋅66 -31⋅ 17 (=1)
17= 83-1⋅66 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 8⋅66 -31⋅(83 -1⋅ 66)
= 8⋅66 -31⋅83 +31⋅ 66)
= -31⋅83 +39⋅ 66 (=1)

Es gilt also: ggt(83,66)=1 = -31⋅83 +39⋅66

oder wenn man -31⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +31⋅83 = +39⋅66

Es gilt also: 39⋅66 = 31⋅83 +1

Somit 39⋅66 = 1 mod 83

39 ist also das Inverse von 66 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.