Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (603 + 29) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(603 + 29) mod 3 ≡ (603 mod 3 + 29 mod 3) mod 3.

603 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 603 = 600+3 = 3 ⋅ 200 +3.

29 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 30-1 = 3 ⋅ 10 -1 = 3 ⋅ 10 - 3 + 2.

Somit gilt:

(603 + 29) mod 3 ≡ (0 + 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 99) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20 ⋅ 99) mod 4 ≡ (20 mod 4 ⋅ 99 mod 4) mod 4.

20 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 20 + 0 = 5 ⋅ 4 + 0 ist.

99 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 96 + 3 = 24 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(20 ⋅ 99) mod 4 ≡ (0 ⋅ 3) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 36964 mod 857.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 369 -> x
2. mod(x²,857) -> 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: 3691=369

2: 3692=3691+1=3691⋅3691 ≡ 369⋅369=136161 ≡ 755 mod 857

4: 3694=3692+2=3692⋅3692 ≡ 755⋅755=570025 ≡ 120 mod 857

8: 3698=3694+4=3694⋅3694 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 688 mod 857

16: 36916=3698+8=3698⋅3698 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 280 mod 857

32: 36932=36916+16=36916⋅36916 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 413 mod 857

64: 36964=36932+32=36932⋅36932 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 26 mod 857

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 520231 mod 691.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 231 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 231 an und zerlegen 231 in eine Summer von 2er-Potenzen:

231 = 128+64+32+4+2+1

1: 5201=520

2: 5202=5201+1=5201⋅5201 ≡ 520⋅520=270400 ≡ 219 mod 691

4: 5204=5202+2=5202⋅5202 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 282 mod 691

8: 5208=5204+4=5204⋅5204 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 59 mod 691

16: 52016=5208+8=5208⋅5208 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 26 mod 691

32: 52032=52016+16=52016⋅52016 ≡ 26⋅26=676 ≡ 676 mod 691

64: 52064=52032+32=52032⋅52032 ≡ 676⋅676=456976 ≡ 225 mod 691

128: 520128=52064+64=52064⋅52064 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 182 mod 691

520231

= 520128+64+32+4+2+1

= 520128⋅52064⋅52032⋅5204⋅5202⋅5201

182 ⋅ 225 ⋅ 676 ⋅ 282 ⋅ 219 ⋅ 520 mod 691
40950 ⋅ 676 ⋅ 282 ⋅ 219 ⋅ 520 mod 691 ≡ 181 ⋅ 676 ⋅ 282 ⋅ 219 ⋅ 520 mod 691
122356 ⋅ 282 ⋅ 219 ⋅ 520 mod 691 ≡ 49 ⋅ 282 ⋅ 219 ⋅ 520 mod 691
13818 ⋅ 219 ⋅ 520 mod 691 ≡ 689 ⋅ 219 ⋅ 520 mod 691
150891 ⋅ 520 mod 691 ≡ 253 ⋅ 520 mod 691
131560 mod 691 ≡ 270 mod 691

Es gilt also: 520231 ≡ 270 mod 691

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 46

=>67 = 1⋅46 + 21
=>46 = 2⋅21 + 4
=>21 = 5⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,46)=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= 21-5⋅4
4= 46-2⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -5⋅(46 -2⋅ 21)
= 1⋅21 -5⋅46 +10⋅ 21)
= -5⋅46 +11⋅ 21 (=1)
21= 67-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅46 +11⋅(67 -1⋅ 46)
= -5⋅46 +11⋅67 -11⋅ 46)
= 11⋅67 -16⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(67,46)=1 = 11⋅67 -16⋅46

oder wenn man 11⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅67 = -16⋅46

-16⋅46 = -11⋅67 + 1 |+67⋅46

-16⋅46 + 67⋅46 = -11⋅67 + 67⋅46 + 1

(-16 + 67) ⋅ 46 = (-11 + 46) ⋅ 67 + 1

51⋅46 = 35⋅67 + 1

Es gilt also: 51⋅46 = 35⋅67 +1

Somit 51⋅46 = 1 mod 67

51 ist also das Inverse von 46 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.