Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (301 - 297) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(301 - 297) mod 6 ≡ (301 mod 6 - 297 mod 6) mod 6.

301 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 301 = 300+1 = 6 ⋅ 50 +1.

297 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 297 = 300-3 = 6 ⋅ 50 -3 = 6 ⋅ 50 - 6 + 3.

Somit gilt:

(301 - 297) mod 6 ≡ (1 - 3) mod 6 ≡ -2 mod 6 ≡ 4 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (95 ⋅ 90) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(95 ⋅ 90) mod 4 ≡ (95 mod 4 ⋅ 90 mod 4) mod 4.

95 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 92 + 3 = 23 ⋅ 4 + 3 ist.

90 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 88 + 2 = 22 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(95 ⋅ 90) mod 4 ≡ (3 ⋅ 2) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 25416 mod 809.

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. 254 -> x
2. mod(x²,809) -> 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: 2541=254

2: 2542=2541+1=2541⋅2541 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 605 mod 809

4: 2544=2542+2=2542⋅2542 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 357 mod 809

8: 2548=2544+4=2544⋅2544 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 436 mod 809

16: 25416=2548+8=2548⋅2548 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 790 mod 809

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 952222 mod 983.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 222 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 222 an und zerlegen 222 in eine Summer von 2er-Potenzen:

222 = 128+64+16+8+4+2

1: 9521=952

2: 9522=9521+1=9521⋅9521 ≡ 952⋅952=906304 ≡ 961 mod 983

4: 9524=9522+2=9522⋅9522 ≡ 961⋅961=923521 ≡ 484 mod 983

8: 9528=9524+4=9524⋅9524 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 302 mod 983

16: 95216=9528+8=9528⋅9528 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 768 mod 983

32: 95232=95216+16=95216⋅95216 ≡ 768⋅768=589824 ≡ 24 mod 983

64: 95264=95232+32=95232⋅95232 ≡ 24⋅24=576 ≡ 576 mod 983

128: 952128=95264+64=95264⋅95264 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 505 mod 983

952222

= 952128+64+16+8+4+2

= 952128⋅95264⋅95216⋅9528⋅9524⋅9522

505 ⋅ 576 ⋅ 768 ⋅ 302 ⋅ 484 ⋅ 961 mod 983
290880 ⋅ 768 ⋅ 302 ⋅ 484 ⋅ 961 mod 983 ≡ 895 ⋅ 768 ⋅ 302 ⋅ 484 ⋅ 961 mod 983
687360 ⋅ 302 ⋅ 484 ⋅ 961 mod 983 ≡ 243 ⋅ 302 ⋅ 484 ⋅ 961 mod 983
73386 ⋅ 484 ⋅ 961 mod 983 ≡ 644 ⋅ 484 ⋅ 961 mod 983
311696 ⋅ 961 mod 983 ≡ 85 ⋅ 961 mod 983
81685 mod 983 ≡ 96 mod 983

Es gilt also: 952222 ≡ 96 mod 983

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 60.

Also bestimme x, so dass 60 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 60

=>71 = 1⋅60 + 11
=>60 = 5⋅11 + 5
=>11 = 2⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,60)=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= 11-2⋅5
5= 60-5⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -2⋅(60 -5⋅ 11)
= 1⋅11 -2⋅60 +10⋅ 11)
= -2⋅60 +11⋅ 11 (=1)
11= 71-1⋅60 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅60 +11⋅(71 -1⋅ 60)
= -2⋅60 +11⋅71 -11⋅ 60)
= 11⋅71 -13⋅ 60 (=1)

Es gilt also: ggt(71,60)=1 = 11⋅71 -13⋅60

oder wenn man 11⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅71 = -13⋅60

-13⋅60 = -11⋅71 + 1 |+71⋅60

-13⋅60 + 71⋅60 = -11⋅71 + 71⋅60 + 1

(-13 + 71) ⋅ 60 = (-11 + 60) ⋅ 71 + 1

58⋅60 = 49⋅71 + 1

Es gilt also: 58⋅60 = 49⋅71 +1

Somit 58⋅60 = 1 mod 71

58 ist also das Inverse von 60 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.