Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (600 + 12003) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(600 + 12003) mod 6 ≡ (600 mod 6 + 12003 mod 6) mod 6.

600 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 600 = 600+0 = 6 ⋅ 100 +0.

12003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12003 = 12000+3 = 6 ⋅ 2000 +3.

Somit gilt:

(600 + 12003) mod 6 ≡ (0 + 3) mod 6 ≡ 3 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (22 ⋅ 73) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(22 ⋅ 73) mod 5 ≡ (22 mod 5 ⋅ 73 mod 5) mod 5.

22 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 20 + 2 = 4 ⋅ 5 + 2 ist.

73 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 70 + 3 = 14 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(22 ⋅ 73) mod 5 ≡ (2 ⋅ 3) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 394128 mod 463.

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. 394 -> x
2. mod(x²,463) -> 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: 3941=394

2: 3942=3941+1=3941⋅3941 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 131 mod 463

4: 3944=3942+2=3942⋅3942 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 30 mod 463

8: 3948=3944+4=3944⋅3944 ≡ 30⋅30=900 ≡ 437 mod 463

16: 39416=3948+8=3948⋅3948 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 213 mod 463

32: 39432=39416+16=39416⋅39416 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 458 mod 463

64: 39464=39432+32=39432⋅39432 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 25 mod 463

128: 394128=39464+64=39464⋅39464 ≡ 25⋅25=625 ≡ 162 mod 463

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 261174 mod 281.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 174 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 174 an und zerlegen 174 in eine Summer von 2er-Potenzen:

174 = 128+32+8+4+2

1: 2611=261

2: 2612=2611+1=2611⋅2611 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 119 mod 281

4: 2614=2612+2=2612⋅2612 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 111 mod 281

8: 2618=2614+4=2614⋅2614 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 238 mod 281

16: 26116=2618+8=2618⋅2618 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 163 mod 281

32: 26132=26116+16=26116⋅26116 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 155 mod 281

64: 26164=26132+32=26132⋅26132 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 140 mod 281

128: 261128=26164+64=26164⋅26164 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 211 mod 281

261174

= 261128+32+8+4+2

= 261128⋅26132⋅2618⋅2614⋅2612

211 ⋅ 155 ⋅ 238 ⋅ 111 ⋅ 119 mod 281
32705 ⋅ 238 ⋅ 111 ⋅ 119 mod 281 ≡ 109 ⋅ 238 ⋅ 111 ⋅ 119 mod 281
25942 ⋅ 111 ⋅ 119 mod 281 ≡ 90 ⋅ 111 ⋅ 119 mod 281
9990 ⋅ 119 mod 281 ≡ 155 ⋅ 119 mod 281
18445 mod 281 ≡ 180 mod 281

Es gilt also: 261174 ≡ 180 mod 281

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 72.

Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 72

=>101 = 1⋅72 + 29
=>72 = 2⋅29 + 14
=>29 = 2⋅14 + 1
=>14 = 14⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,72)=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= 29-2⋅14
14= 72-2⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅29 -2⋅(72 -2⋅ 29)
= 1⋅29 -2⋅72 +4⋅ 29)
= -2⋅72 +5⋅ 29 (=1)
29= 101-1⋅72 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅72 +5⋅(101 -1⋅ 72)
= -2⋅72 +5⋅101 -5⋅ 72)
= 5⋅101 -7⋅ 72 (=1)

Es gilt also: ggt(101,72)=1 = 5⋅101 -7⋅72

oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅101 = -7⋅72

-7⋅72 = -5⋅101 + 1 |+101⋅72

-7⋅72 + 101⋅72 = -5⋅101 + 101⋅72 + 1

(-7 + 101) ⋅ 72 = (-5 + 72) ⋅ 101 + 1

94⋅72 = 67⋅101 + 1

Es gilt also: 94⋅72 = 67⋅101 +1

Somit 94⋅72 = 1 mod 101

94 ist also das Inverse von 72 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.