Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1200 + 8997) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1200 + 8997) mod 3 ≡ (1200 mod 3 + 8997 mod 3) mod 3.

1200 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200 = 1200+0 = 3 ⋅ 400 +0.

8997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8997 = 9000-3 = 3 ⋅ 3000 -3 = 3 ⋅ 3000 - 3 + 0.

Somit gilt:

(1200 + 8997) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 29) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 29) mod 8 ≡ (21 mod 8 ⋅ 29 mod 8) mod 8.

21 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 16 + 5 = 2 ⋅ 8 + 5 ist.

29 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 24 + 5 = 3 ⋅ 8 + 5 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 29) mod 8 ≡ (5 ⋅ 5) mod 8 ≡ 25 mod 8 ≡ 1 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 143128 mod 227.

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. 143 -> x
2. mod(x²,227) -> 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: 1431=143

2: 1432=1431+1=1431⋅1431 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 19 mod 227

4: 1434=1432+2=1432⋅1432 ≡ 19⋅19=361 ≡ 134 mod 227

8: 1438=1434+4=1434⋅1434 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 23 mod 227

16: 14316=1438+8=1438⋅1438 ≡ 23⋅23=529 ≡ 75 mod 227

32: 14332=14316+16=14316⋅14316 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 177 mod 227

64: 14364=14332+32=14332⋅14332 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 3 mod 227

128: 143128=14364+64=14364⋅14364 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 227

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 258217 mod 647.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 217 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 217 an und zerlegen 217 in eine Summer von 2er-Potenzen:

217 = 128+64+16+8+1

1: 2581=258

2: 2582=2581+1=2581⋅2581 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 570 mod 647

4: 2584=2582+2=2582⋅2582 ≡ 570⋅570=324900 ≡ 106 mod 647

8: 2588=2584+4=2584⋅2584 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 237 mod 647

16: 25816=2588+8=2588⋅2588 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 527 mod 647

32: 25832=25816+16=25816⋅25816 ≡ 527⋅527=277729 ≡ 166 mod 647

64: 25864=25832+32=25832⋅25832 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 382 mod 647

128: 258128=25864+64=25864⋅25864 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 349 mod 647

258217

= 258128+64+16+8+1

= 258128⋅25864⋅25816⋅2588⋅2581

349 ⋅ 382 ⋅ 527 ⋅ 237 ⋅ 258 mod 647
133318 ⋅ 527 ⋅ 237 ⋅ 258 mod 647 ≡ 36 ⋅ 527 ⋅ 237 ⋅ 258 mod 647
18972 ⋅ 237 ⋅ 258 mod 647 ≡ 209 ⋅ 237 ⋅ 258 mod 647
49533 ⋅ 258 mod 647 ≡ 361 ⋅ 258 mod 647
93138 mod 647 ≡ 617 mod 647

Es gilt also: 258217 ≡ 617 mod 647

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 47

=>73 = 1⋅47 + 26
=>47 = 1⋅26 + 21
=>26 = 1⋅21 + 5
=>21 = 4⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,47)=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= 21-4⋅5
5= 26-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -4⋅(26 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -4⋅26 +4⋅ 21)
= -4⋅26 +5⋅ 21 (=1)
21= 47-1⋅26 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅26 +5⋅(47 -1⋅ 26)
= -4⋅26 +5⋅47 -5⋅ 26)
= 5⋅47 -9⋅ 26 (=1)
26= 73-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅47 -9⋅(73 -1⋅ 47)
= 5⋅47 -9⋅73 +9⋅ 47)
= -9⋅73 +14⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(73,47)=1 = -9⋅73 +14⋅47

oder wenn man -9⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅73 = +14⋅47

Es gilt also: 14⋅47 = 9⋅73 +1

Somit 14⋅47 = 1 mod 73

14 ist also das Inverse von 47 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.