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: (24003 + 118) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24003 + 118) mod 6 ≡ (24003 mod 6 + 118 mod 6) mod 6.

24003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24003 = 24000+3 = 6 ⋅ 4000 +3.

118 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 118 = 120-2 = 6 ⋅ 20 -2 = 6 ⋅ 20 - 6 + 4.

Somit gilt:

(24003 + 118) mod 6 ≡ (3 + 4) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 53) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(98 ⋅ 53) mod 8 ≡ (98 mod 8 ⋅ 53 mod 8) mod 8.

98 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 12 ⋅ 8 + 2 ist.

53 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 48 + 5 = 6 ⋅ 8 + 5 ist.

Somit gilt:

(98 ⋅ 53) mod 8 ≡ (2 ⋅ 5) mod 8 ≡ 10 mod 8 ≡ 2 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 435128 mod 659.

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. 435 -> x
2. mod(x²,659) -> 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: 4351=435

2: 4352=4351+1=4351⋅4351 ≡ 435⋅435=189225 ≡ 92 mod 659

4: 4354=4352+2=4352⋅4352 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 556 mod 659

8: 4358=4354+4=4354⋅4354 ≡ 556⋅556=309136 ≡ 65 mod 659

16: 43516=4358+8=4358⋅4358 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 271 mod 659

32: 43532=43516+16=43516⋅43516 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 292 mod 659

64: 43564=43532+32=43532⋅43532 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 253 mod 659

128: 435128=43564+64=43564⋅43564 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 86 mod 659

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 450241 mod 593.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 241 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 241 an und zerlegen 241 in eine Summer von 2er-Potenzen:

241 = 128+64+32+16+1

1: 4501=450

2: 4502=4501+1=4501⋅4501 ≡ 450⋅450=202500 ≡ 287 mod 593

4: 4504=4502+2=4502⋅4502 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 535 mod 593

8: 4508=4504+4=4504⋅4504 ≡ 535⋅535=286225 ≡ 399 mod 593

16: 45016=4508+8=4508⋅4508 ≡ 399⋅399=159201 ≡ 277 mod 593

32: 45032=45016+16=45016⋅45016 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 232 mod 593

64: 45064=45032+32=45032⋅45032 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 454 mod 593

128: 450128=45064+64=45064⋅45064 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 345 mod 593

450241

= 450128+64+32+16+1

= 450128⋅45064⋅45032⋅45016⋅4501

345 ⋅ 454 ⋅ 232 ⋅ 277 ⋅ 450 mod 593
156630 ⋅ 232 ⋅ 277 ⋅ 450 mod 593 ≡ 78 ⋅ 232 ⋅ 277 ⋅ 450 mod 593
18096 ⋅ 277 ⋅ 450 mod 593 ≡ 306 ⋅ 277 ⋅ 450 mod 593
84762 ⋅ 450 mod 593 ≡ 556 ⋅ 450 mod 593
250200 mod 593 ≡ 547 mod 593

Es gilt also: 450241 ≡ 547 mod 593

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 44.

Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 44

=>59 = 1⋅44 + 15
=>44 = 2⋅15 + 14
=>15 = 1⋅14 + 1
=>14 = 14⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,44)=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= 15-1⋅14
14= 44-2⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅15 -1⋅(44 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -1⋅44 +2⋅ 15)
= -1⋅44 +3⋅ 15 (=1)
15= 59-1⋅44 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅44 +3⋅(59 -1⋅ 44)
= -1⋅44 +3⋅59 -3⋅ 44)
= 3⋅59 -4⋅ 44 (=1)

Es gilt also: ggt(59,44)=1 = 3⋅59 -4⋅44

oder wenn man 3⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅59 = -4⋅44

-4⋅44 = -3⋅59 + 1 |+59⋅44

-4⋅44 + 59⋅44 = -3⋅59 + 59⋅44 + 1

(-4 + 59) ⋅ 44 = (-3 + 44) ⋅ 59 + 1

55⋅44 = 41⋅59 + 1

Es gilt also: 55⋅44 = 41⋅59 +1

Somit 55⋅44 = 1 mod 59

55 ist also das Inverse von 44 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.