Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (12001 + 15000) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(12001 + 15000) mod 3 ≡ (12001 mod 3 + 15000 mod 3) mod 3.

12001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12001 = 12000+1 = 3 ⋅ 4000 +1.

15000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15000 = 15000+0 = 3 ⋅ 5000 +0.

Somit gilt:

(12001 + 15000) mod 3 ≡ (1 + 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 22) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18 ⋅ 22) mod 8 ≡ (18 mod 8 ⋅ 22 mod 8) mod 8.

18 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 16 + 2 = 2 ⋅ 8 + 2 ist.

22 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 16 + 6 = 2 ⋅ 8 + 6 ist.

Somit gilt:

(18 ⋅ 22) mod 8 ≡ (2 ⋅ 6) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 119128 mod 251.

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. 119 -> x
2. mod(x²,251) -> 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: 1191=119

2: 1192=1191+1=1191⋅1191 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 105 mod 251

4: 1194=1192+2=1192⋅1192 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 232 mod 251

8: 1198=1194+4=1194⋅1194 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 110 mod 251

16: 11916=1198+8=1198⋅1198 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 52 mod 251

32: 11932=11916+16=11916⋅11916 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 194 mod 251

64: 11964=11932+32=11932⋅11932 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 237 mod 251

128: 119128=11964+64=11964⋅11964 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 196 mod 251

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 310211 mod 491.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 211 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 211 an und zerlegen 211 in eine Summer von 2er-Potenzen:

211 = 128+64+16+2+1

1: 3101=310

2: 3102=3101+1=3101⋅3101 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 355 mod 491

4: 3104=3102+2=3102⋅3102 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 329 mod 491

8: 3108=3104+4=3104⋅3104 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 221 mod 491

16: 31016=3108+8=3108⋅3108 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 232 mod 491

32: 31032=31016+16=31016⋅31016 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 305 mod 491

64: 31064=31032+32=31032⋅31032 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 226 mod 491

128: 310128=31064+64=31064⋅31064 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 12 mod 491

310211

= 310128+64+16+2+1

= 310128⋅31064⋅31016⋅3102⋅3101

12 ⋅ 226 ⋅ 232 ⋅ 355 ⋅ 310 mod 491
2712 ⋅ 232 ⋅ 355 ⋅ 310 mod 491 ≡ 257 ⋅ 232 ⋅ 355 ⋅ 310 mod 491
59624 ⋅ 355 ⋅ 310 mod 491 ≡ 213 ⋅ 355 ⋅ 310 mod 491
75615 ⋅ 310 mod 491 ≡ 1 ⋅ 310 mod 491
310 mod 491

Es gilt also: 310211 ≡ 310 mod 491

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 75.

Also bestimme x, so dass 75 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 75

=>83 = 1⋅75 + 8
=>75 = 9⋅8 + 3
=>8 = 2⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,75)=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= 3-1⋅2
2= 8-2⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3)
= -1⋅8 +3⋅ 3 (=1)
3= 75-9⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅8 +3⋅(75 -9⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅75 -27⋅ 8)
= 3⋅75 -28⋅ 8 (=1)
8= 83-1⋅75 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅75 -28⋅(83 -1⋅ 75)
= 3⋅75 -28⋅83 +28⋅ 75)
= -28⋅83 +31⋅ 75 (=1)

Es gilt also: ggt(83,75)=1 = -28⋅83 +31⋅75

oder wenn man -28⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +28⋅83 = +31⋅75

Es gilt also: 31⋅75 = 28⋅83 +1

Somit 31⋅75 = 1 mod 83

31 ist also das Inverse von 75 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.