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: (25001 - 95) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(25001 - 95) mod 5 ≡ (25001 mod 5 - 95 mod 5) mod 5.

25001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25001 = 25000+1 = 5 ⋅ 5000 +1.

95 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 90+5 = 5 ⋅ 18 +5.

Somit gilt:

(25001 - 95) mod 5 ≡ (1 - 0) mod 5 ≡ 1 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (77 ⋅ 40) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(77 ⋅ 40) mod 8 ≡ (77 mod 8 ⋅ 40 mod 8) mod 8.

77 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 77 = 72 + 5 = 9 ⋅ 8 + 5 ist.

40 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 40 + 0 = 5 ⋅ 8 + 0 ist.

Somit gilt:

(77 ⋅ 40) mod 8 ≡ (5 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20232 mod 373.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 202 -> x
2. mod(x²,373) -> 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: 2021=202

2: 2022=2021+1=2021⋅2021 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 147 mod 373

4: 2024=2022+2=2022⋅2022 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 348 mod 373

8: 2028=2024+4=2024⋅2024 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 252 mod 373

16: 20216=2028+8=2028⋅2028 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 94 mod 373

32: 20232=20216+16=20216⋅20216 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 257 mod 373

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 647237 mod 701.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 237 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 237 an und zerlegen 237 in eine Summer von 2er-Potenzen:

237 = 128+64+32+8+4+1

1: 6471=647

2: 6472=6471+1=6471⋅6471 ≡ 647⋅647=418609 ≡ 112 mod 701

4: 6474=6472+2=6472⋅6472 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 627 mod 701

8: 6478=6474+4=6474⋅6474 ≡ 627⋅627=393129 ≡ 569 mod 701

16: 64716=6478+8=6478⋅6478 ≡ 569⋅569=323761 ≡ 600 mod 701

32: 64732=64716+16=64716⋅64716 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 387 mod 701

64: 64764=64732+32=64732⋅64732 ≡ 387⋅387=149769 ≡ 456 mod 701

128: 647128=64764+64=64764⋅64764 ≡ 456⋅456=207936 ≡ 440 mod 701

647237

= 647128+64+32+8+4+1

= 647128⋅64764⋅64732⋅6478⋅6474⋅6471

440 ⋅ 456 ⋅ 387 ⋅ 569 ⋅ 627 ⋅ 647 mod 701
200640 ⋅ 387 ⋅ 569 ⋅ 627 ⋅ 647 mod 701 ≡ 154 ⋅ 387 ⋅ 569 ⋅ 627 ⋅ 647 mod 701
59598 ⋅ 569 ⋅ 627 ⋅ 647 mod 701 ≡ 13 ⋅ 569 ⋅ 627 ⋅ 647 mod 701
7397 ⋅ 627 ⋅ 647 mod 701 ≡ 387 ⋅ 627 ⋅ 647 mod 701
242649 ⋅ 647 mod 701 ≡ 103 ⋅ 647 mod 701
66641 mod 701 ≡ 46 mod 701

Es gilt also: 647237 ≡ 46 mod 701

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 68.

Also bestimme x, so dass 68 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 68

=>83 = 1⋅68 + 15
=>68 = 4⋅15 + 8
=>15 = 1⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,68)=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= 8-1⋅7
7= 15-1⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(15 -1⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅15 +1⋅ 8)
= -1⋅15 +2⋅ 8 (=1)
8= 68-4⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅15 +2⋅(68 -4⋅ 15)
= -1⋅15 +2⋅68 -8⋅ 15)
= 2⋅68 -9⋅ 15 (=1)
15= 83-1⋅68 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅68 -9⋅(83 -1⋅ 68)
= 2⋅68 -9⋅83 +9⋅ 68)
= -9⋅83 +11⋅ 68 (=1)

Es gilt also: ggt(83,68)=1 = -9⋅83 +11⋅68

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

1 +9⋅83 = +11⋅68

Es gilt also: 11⋅68 = 9⋅83 +1

Somit 11⋅68 = 1 mod 83

11 ist also das Inverse von 68 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.