Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (64 - 349) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(64 - 349) mod 7 ≡ (64 mod 7 - 349 mod 7) mod 7.

64 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 70-6 = 7 ⋅ 10 -6 = 7 ⋅ 10 - 7 + 1.

349 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 349 = 350-1 = 7 ⋅ 50 -1 = 7 ⋅ 50 - 7 + 6.

Somit gilt:

(64 - 349) mod 7 ≡ (1 - 6) mod 7 ≡ -5 mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (60 ⋅ 72) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(60 ⋅ 72) mod 9 ≡ (60 mod 9 ⋅ 72 mod 9) mod 9.

60 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 54 + 6 = 6 ⋅ 9 + 6 ist.

72 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 8 ⋅ 9 + 0 ist.

Somit gilt:

(60 ⋅ 72) mod 9 ≡ (6 ⋅ 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 72416 mod 809.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 724 -> x
2. mod(x²,809) -> 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: 7241=724

2: 7242=7241+1=7241⋅7241 ≡ 724⋅724=524176 ≡ 753 mod 809

4: 7244=7242+2=7242⋅7242 ≡ 753⋅753=567009 ≡ 709 mod 809

8: 7248=7244+4=7244⋅7244 ≡ 709⋅709=502681 ≡ 292 mod 809

16: 72416=7248+8=7248⋅7248 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 319 mod 809

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 299185 mod 827.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 185 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 185 an und zerlegen 185 in eine Summer von 2er-Potenzen:

185 = 128+32+16+8+1

1: 2991=299

2: 2992=2991+1=2991⋅2991 ≡ 299⋅299=89401 ≡ 85 mod 827

4: 2994=2992+2=2992⋅2992 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 609 mod 827

8: 2998=2994+4=2994⋅2994 ≡ 609⋅609=370881 ≡ 385 mod 827

16: 29916=2998+8=2998⋅2998 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 192 mod 827

32: 29932=29916+16=29916⋅29916 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 476 mod 827

64: 29964=29932+32=29932⋅29932 ≡ 476⋅476=226576 ≡ 805 mod 827

128: 299128=29964+64=29964⋅29964 ≡ 805⋅805=648025 ≡ 484 mod 827

299185

= 299128+32+16+8+1

= 299128⋅29932⋅29916⋅2998⋅2991

484 ⋅ 476 ⋅ 192 ⋅ 385 ⋅ 299 mod 827
230384 ⋅ 192 ⋅ 385 ⋅ 299 mod 827 ≡ 478 ⋅ 192 ⋅ 385 ⋅ 299 mod 827
91776 ⋅ 385 ⋅ 299 mod 827 ≡ 806 ⋅ 385 ⋅ 299 mod 827
310310 ⋅ 299 mod 827 ≡ 185 ⋅ 299 mod 827
55315 mod 827 ≡ 733 mod 827

Es gilt also: 299185 ≡ 733 mod 827

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 37.

Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 37

=>79 = 2⋅37 + 5
=>37 = 7⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,37)=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= 5-2⋅2
2= 37-7⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(37 -7⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅37 +14⋅ 5)
= -2⋅37 +15⋅ 5 (=1)
5= 79-2⋅37 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅37 +15⋅(79 -2⋅ 37)
= -2⋅37 +15⋅79 -30⋅ 37)
= 15⋅79 -32⋅ 37 (=1)

Es gilt also: ggt(79,37)=1 = 15⋅79 -32⋅37

oder wenn man 15⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -15⋅79 = -32⋅37

-32⋅37 = -15⋅79 + 1 |+79⋅37

-32⋅37 + 79⋅37 = -15⋅79 + 79⋅37 + 1

(-32 + 79) ⋅ 37 = (-15 + 37) ⋅ 79 + 1

47⋅37 = 22⋅79 + 1

Es gilt also: 47⋅37 = 22⋅79 +1

Somit 47⋅37 = 1 mod 79

47 ist also das Inverse von 37 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.