Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (16002 + 396) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(16002 + 396) mod 4 ≡ (16002 mod 4 + 396 mod 4) mod 4.

16002 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16002 = 16000+2 = 4 ⋅ 4000 +2.

396 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 396 = 300+96 = 4 ⋅ 75 +96.

Somit gilt:

(16002 + 396) mod 4 ≡ (2 + 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (95 ⋅ 77) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(95 ⋅ 77) mod 6 ≡ (95 mod 6 ⋅ 77 mod 6) mod 6.

95 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 90 + 5 = 15 ⋅ 6 + 5 ist.

77 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 77 = 72 + 5 = 12 ⋅ 6 + 5 ist.

Somit gilt:

(95 ⋅ 77) mod 6 ≡ (5 ⋅ 5) mod 6 ≡ 25 mod 6 ≡ 1 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 2668 mod 383.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 266 -> x
2. mod(x²,383) -> 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: 2661=266

2: 2662=2661+1=2661⋅2661 ≡ 266⋅266=70756 ≡ 284 mod 383

4: 2664=2662+2=2662⋅2662 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 226 mod 383

8: 2668=2664+4=2664⋅2664 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 137 mod 383

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 412175 mod 521.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 175 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 175 an und zerlegen 175 in eine Summer von 2er-Potenzen:

175 = 128+32+8+4+2+1

1: 4121=412

2: 4122=4121+1=4121⋅4121 ≡ 412⋅412=169744 ≡ 419 mod 521

4: 4124=4122+2=4122⋅4122 ≡ 419⋅419=175561 ≡ 505 mod 521

8: 4128=4124+4=4124⋅4124 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 256 mod 521

16: 41216=4128+8=4128⋅4128 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 411 mod 521

32: 41232=41216+16=41216⋅41216 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 117 mod 521

64: 41264=41232+32=41232⋅41232 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 143 mod 521

128: 412128=41264+64=41264⋅41264 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 130 mod 521

412175

= 412128+32+8+4+2+1

= 412128⋅41232⋅4128⋅4124⋅4122⋅4121

130 ⋅ 117 ⋅ 256 ⋅ 505 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521
15210 ⋅ 256 ⋅ 505 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521 ≡ 101 ⋅ 256 ⋅ 505 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521
25856 ⋅ 505 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521 ≡ 327 ⋅ 505 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521
165135 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521 ≡ 499 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521
209081 ⋅ 412 mod 521 ≡ 160 ⋅ 412 mod 521
65920 mod 521 ≡ 274 mod 521

Es gilt also: 412175 ≡ 274 mod 521

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 25.

Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 25

=>61 = 2⋅25 + 11
=>25 = 2⋅11 + 3
=>11 = 3⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,25)=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= 11-3⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(11 -3⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅11 +3⋅ 3)
= -1⋅11 +4⋅ 3 (=1)
3= 25-2⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅11 +4⋅(25 -2⋅ 11)
= -1⋅11 +4⋅25 -8⋅ 11)
= 4⋅25 -9⋅ 11 (=1)
11= 61-2⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅25 -9⋅(61 -2⋅ 25)
= 4⋅25 -9⋅61 +18⋅ 25)
= -9⋅61 +22⋅ 25 (=1)

Es gilt also: ggt(61,25)=1 = -9⋅61 +22⋅25

oder wenn man -9⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅61 = +22⋅25

Es gilt also: 22⋅25 = 9⋅61 +1

Somit 22⋅25 = 1 mod 61

22 ist also das Inverse von 25 mod 61

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.