Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18001 - 1204) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18001 - 1204) mod 6 ≡ (18001 mod 6 - 1204 mod 6) mod 6.

18001 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18001 = 18000+1 = 6 ⋅ 3000 +1.

1204 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1204 = 1200+4 = 6 ⋅ 200 +4.

Somit gilt:

(18001 - 1204) mod 6 ≡ (1 - 4) mod 6 ≡ -3 mod 6 ≡ 3 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36 ⋅ 42) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36 ⋅ 42) mod 7 ≡ (36 mod 7 ⋅ 42 mod 7) mod 7.

36 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 35 + 1 = 5 ⋅ 7 + 1 ist.

42 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 42 + 0 = 6 ⋅ 7 + 0 ist.

Somit gilt:

(36 ⋅ 42) mod 7 ≡ (1 ⋅ 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 622128 mod 823.

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. 622 -> x
2. mod(x²,823) -> 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: 6221=622

2: 6222=6221+1=6221⋅6221 ≡ 622⋅622=386884 ≡ 74 mod 823

4: 6224=6222+2=6222⋅6222 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 538 mod 823

8: 6228=6224+4=6224⋅6224 ≡ 538⋅538=289444 ≡ 571 mod 823

16: 62216=6228+8=6228⋅6228 ≡ 571⋅571=326041 ≡ 133 mod 823

32: 62232=62216+16=62216⋅62216 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 406 mod 823

64: 62264=62232+32=62232⋅62232 ≡ 406⋅406=164836 ≡ 236 mod 823

128: 622128=62264+64=62264⋅62264 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 555 mod 823

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 209212 mod 577.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 212 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 212 an und zerlegen 212 in eine Summer von 2er-Potenzen:

212 = 128+64+16+4

1: 2091=209

2: 2092=2091+1=2091⋅2091 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 406 mod 577

4: 2094=2092+2=2092⋅2092 ≡ 406⋅406=164836 ≡ 391 mod 577

8: 2098=2094+4=2094⋅2094 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 553 mod 577

16: 20916=2098+8=2098⋅2098 ≡ 553⋅553=305809 ≡ 576 mod 577

32: 20932=20916+16=20916⋅20916 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 1 mod 577

64: 20964=20932+32=20932⋅20932 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 577

128: 209128=20964+64=20964⋅20964 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 577

209212

= 209128+64+16+4

= 209128⋅20964⋅20916⋅2094

1 ⋅ 1 ⋅ 576 ⋅ 391 mod 577
1 ⋅ 576 ⋅ 391 mod 577
576 ⋅ 391 mod 577
225216 mod 577 ≡ 186 mod 577

Es gilt also: 209212 ≡ 186 mod 577

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 62.

Also bestimme x, so dass 62 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 62

=>83 = 1⋅62 + 21
=>62 = 2⋅21 + 20
=>21 = 1⋅20 + 1
=>20 = 20⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,62)=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= 21-1⋅20
20= 62-2⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -1⋅(62 -2⋅ 21)
= 1⋅21 -1⋅62 +2⋅ 21)
= -1⋅62 +3⋅ 21 (=1)
21= 83-1⋅62 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅62 +3⋅(83 -1⋅ 62)
= -1⋅62 +3⋅83 -3⋅ 62)
= 3⋅83 -4⋅ 62 (=1)

Es gilt also: ggt(83,62)=1 = 3⋅83 -4⋅62

oder wenn man 3⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅83 = -4⋅62

-4⋅62 = -3⋅83 + 1 |+83⋅62

-4⋅62 + 83⋅62 = -3⋅83 + 83⋅62 + 1

(-4 + 83) ⋅ 62 = (-3 + 62) ⋅ 83 + 1

79⋅62 = 59⋅83 + 1

Es gilt also: 79⋅62 = 59⋅83 +1

Somit 79⋅62 = 1 mod 83

79 ist also das Inverse von 62 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.