Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (16000 + 12000) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(16000 + 12000) mod 4 ≡ (16000 mod 4 + 12000 mod 4) mod 4.

16000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16000 = 16000+0 = 4 ⋅ 4000 +0.

12000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000 = 12000+0 = 4 ⋅ 3000 +0.

Somit gilt:

(16000 + 12000) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 19) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(73 ⋅ 19) mod 5 ≡ (73 mod 5 ⋅ 19 mod 5) mod 5.

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

19 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 15 + 4 = 3 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(73 ⋅ 19) mod 5 ≡ (3 ⋅ 4) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 226128 mod 647.

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. 226 -> x
2. mod(x²,647) -> 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: 2261=226

2: 2262=2261+1=2261⋅2261 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 610 mod 647

4: 2264=2262+2=2262⋅2262 ≡ 610⋅610=372100 ≡ 75 mod 647

8: 2268=2264+4=2264⋅2264 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 449 mod 647

16: 22616=2268+8=2268⋅2268 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 384 mod 647

32: 22632=22616+16=22616⋅22616 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 587 mod 647

64: 22664=22632+32=22632⋅22632 ≡ 587⋅587=344569 ≡ 365 mod 647

128: 226128=22664+64=22664⋅22664 ≡ 365⋅365=133225 ≡ 590 mod 647

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 658130 mod 751.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 130 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 130 an und zerlegen 130 in eine Summer von 2er-Potenzen:

130 = 128+2

1: 6581=658

2: 6582=6581+1=6581⋅6581 ≡ 658⋅658=432964 ≡ 388 mod 751

4: 6584=6582+2=6582⋅6582 ≡ 388⋅388=150544 ≡ 344 mod 751

8: 6588=6584+4=6584⋅6584 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 429 mod 751

16: 65816=6588+8=6588⋅6588 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 46 mod 751

32: 65832=65816+16=65816⋅65816 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 614 mod 751

64: 65864=65832+32=65832⋅65832 ≡ 614⋅614=376996 ≡ 745 mod 751

128: 658128=65864+64=65864⋅65864 ≡ 745⋅745=555025 ≡ 36 mod 751

658130

= 658128+2

= 658128⋅6582

≡ 36 ⋅ 388 mod 751
≡ 13968 mod 751 ≡ 450 mod 751

Es gilt also: 658130 ≡ 450 mod 751

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 42

=>101 = 2⋅42 + 17
=>42 = 2⋅17 + 8
=>17 = 2⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,42)=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= 17-2⋅8
8= 42-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -2⋅(42 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅42 +4⋅ 17)
= -2⋅42 +5⋅ 17 (=1)
17= 101-2⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅42 +5⋅(101 -2⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅101 -10⋅ 42)
= 5⋅101 -12⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(101,42)=1 = 5⋅101 -12⋅42

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

1 -5⋅101 = -12⋅42

-12⋅42 = -5⋅101 + 1 |+101⋅42

-12⋅42 + 101⋅42 = -5⋅101 + 101⋅42 + 1

(-12 + 101) ⋅ 42 = (-5 + 42) ⋅ 101 + 1

89⋅42 = 37⋅101 + 1

Es gilt also: 89⋅42 = 37⋅101 +1

Somit 89⋅42 = 1 mod 101

89 ist also das Inverse von 42 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.