Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (282 + 34993) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(282 + 34993) mod 7 ≡ (282 mod 7 + 34993 mod 7) mod 7.

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

34993 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34993 = 35000-7 = 7 ⋅ 5000 -7 = 7 ⋅ 5000 - 7 + 0.

Somit gilt:

(282 + 34993) mod 7 ≡ (2 + 0) mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 19) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(46 ⋅ 19) mod 8 ≡ (46 mod 8 ⋅ 19 mod 8) mod 8.

46 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 40 + 6 = 5 ⋅ 8 + 6 ist.

19 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 16 + 3 = 2 ⋅ 8 + 3 ist.

Somit gilt:

(46 ⋅ 19) mod 8 ≡ (6 ⋅ 3) mod 8 ≡ 18 mod 8 ≡ 2 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 30916 mod 617.

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. 309 -> x
2. mod(x²,617) -> 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: 3091=309

2: 3092=3091+1=3091⋅3091 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 463 mod 617

4: 3094=3092+2=3092⋅3092 ≡ 463⋅463=214369 ≡ 270 mod 617

8: 3098=3094+4=3094⋅3094 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 94 mod 617

16: 30916=3098+8=3098⋅3098 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 198 mod 617

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 189234 mod 313.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 234 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 234 an und zerlegen 234 in eine Summer von 2er-Potenzen:

234 = 128+64+32+8+2

1: 1891=189

2: 1892=1891+1=1891⋅1891 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 39 mod 313

4: 1894=1892+2=1892⋅1892 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 269 mod 313

8: 1898=1894+4=1894⋅1894 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 58 mod 313

16: 18916=1898+8=1898⋅1898 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 234 mod 313

32: 18932=18916+16=18916⋅18916 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 294 mod 313

64: 18964=18932+32=18932⋅18932 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 48 mod 313

128: 189128=18964+64=18964⋅18964 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 113 mod 313

189234

= 189128+64+32+8+2

= 189128⋅18964⋅18932⋅1898⋅1892

113 ⋅ 48 ⋅ 294 ⋅ 58 ⋅ 39 mod 313
5424 ⋅ 294 ⋅ 58 ⋅ 39 mod 313 ≡ 103 ⋅ 294 ⋅ 58 ⋅ 39 mod 313
30282 ⋅ 58 ⋅ 39 mod 313 ≡ 234 ⋅ 58 ⋅ 39 mod 313
13572 ⋅ 39 mod 313 ≡ 113 ⋅ 39 mod 313
4407 mod 313 ≡ 25 mod 313

Es gilt also: 189234 ≡ 25 mod 313

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 34.

Also bestimme x, so dass 34 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 34

=>83 = 2⋅34 + 15
=>34 = 2⋅15 + 4
=>15 = 3⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,34)=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= 4-1⋅3
3= 15-3⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(15 -3⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅15 +3⋅ 4)
= -1⋅15 +4⋅ 4 (=1)
4= 34-2⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅15 +4⋅(34 -2⋅ 15)
= -1⋅15 +4⋅34 -8⋅ 15)
= 4⋅34 -9⋅ 15 (=1)
15= 83-2⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅34 -9⋅(83 -2⋅ 34)
= 4⋅34 -9⋅83 +18⋅ 34)
= -9⋅83 +22⋅ 34 (=1)

Es gilt also: ggt(83,34)=1 = -9⋅83 +22⋅34

oder wenn man -9⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅83 = +22⋅34

Es gilt also: 22⋅34 = 9⋅83 +1

Somit 22⋅34 = 1 mod 83

22 ist also das Inverse von 34 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.