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: (2001 + 798) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2001 + 798) mod 4 ≡ (2001 mod 4 + 798 mod 4) mod 4.

2001 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2001 = 2000+1 = 4 ⋅ 500 +1.

798 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 798 = 700+98 = 4 ⋅ 175 +98.

Somit gilt:

(2001 + 798) mod 4 ≡ (1 + 2) mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 72) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(87 ⋅ 72) mod 4 ≡ (87 mod 4 ⋅ 72 mod 4) mod 4.

87 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 84 + 3 = 21 ⋅ 4 + 3 ist.

72 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 18 ⋅ 4 + 0 ist.

Somit gilt:

(87 ⋅ 72) mod 4 ≡ (3 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 211128 mod 337.

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. 211 -> x
2. mod(x²,337) -> 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: 2111=211

2: 2112=2111+1=2111⋅2111 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 37 mod 337

4: 2114=2112+2=2112⋅2112 ≡ 37⋅37=1369 ≡ 21 mod 337

8: 2118=2114+4=2114⋅2114 ≡ 21⋅21=441 ≡ 104 mod 337

16: 21116=2118+8=2118⋅2118 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 32 mod 337

32: 21132=21116+16=21116⋅21116 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 13 mod 337

64: 21164=21132+32=21132⋅21132 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 337

128: 211128=21164+64=21164⋅21164 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 253 mod 337

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 302246 mod 839.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 246 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 246 an und zerlegen 246 in eine Summer von 2er-Potenzen:

246 = 128+64+32+16+4+2

1: 3021=302

2: 3022=3021+1=3021⋅3021 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 592 mod 839

4: 3024=3022+2=3022⋅3022 ≡ 592⋅592=350464 ≡ 601 mod 839

8: 3028=3024+4=3024⋅3024 ≡ 601⋅601=361201 ≡ 431 mod 839

16: 30216=3028+8=3028⋅3028 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 342 mod 839

32: 30232=30216+16=30216⋅30216 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 343 mod 839

64: 30264=30232+32=30232⋅30232 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 189 mod 839

128: 302128=30264+64=30264⋅30264 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 483 mod 839

302246

= 302128+64+32+16+4+2

= 302128⋅30264⋅30232⋅30216⋅3024⋅3022

483 ⋅ 189 ⋅ 343 ⋅ 342 ⋅ 601 ⋅ 592 mod 839
91287 ⋅ 343 ⋅ 342 ⋅ 601 ⋅ 592 mod 839 ≡ 675 ⋅ 343 ⋅ 342 ⋅ 601 ⋅ 592 mod 839
231525 ⋅ 342 ⋅ 601 ⋅ 592 mod 839 ≡ 800 ⋅ 342 ⋅ 601 ⋅ 592 mod 839
273600 ⋅ 601 ⋅ 592 mod 839 ≡ 86 ⋅ 601 ⋅ 592 mod 839
51686 ⋅ 592 mod 839 ≡ 507 ⋅ 592 mod 839
300144 mod 839 ≡ 621 mod 839

Es gilt also: 302246 ≡ 621 mod 839

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 31

=>73 = 2⋅31 + 11
=>31 = 2⋅11 + 9
=>11 = 1⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,31)=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= 9-4⋅2
2= 11-1⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(11 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅11 +4⋅ 9)
= -4⋅11 +5⋅ 9 (=1)
9= 31-2⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅11 +5⋅(31 -2⋅ 11)
= -4⋅11 +5⋅31 -10⋅ 11)
= 5⋅31 -14⋅ 11 (=1)
11= 73-2⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅31 -14⋅(73 -2⋅ 31)
= 5⋅31 -14⋅73 +28⋅ 31)
= -14⋅73 +33⋅ 31 (=1)

Es gilt also: ggt(73,31)=1 = -14⋅73 +33⋅31

oder wenn man -14⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +14⋅73 = +33⋅31

Es gilt also: 33⋅31 = 14⋅73 +1

Somit 33⋅31 = 1 mod 73

33 ist also das Inverse von 31 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.