Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18005 + 5996) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18005 + 5996) mod 6 ≡ (18005 mod 6 + 5996 mod 6) mod 6.

18005 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18005 = 18000+5 = 6 ⋅ 3000 +5.

5996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5996 = 6000-4 = 6 ⋅ 1000 -4 = 6 ⋅ 1000 - 6 + 2.

Somit gilt:

(18005 + 5996) mod 6 ≡ (5 + 2) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (69 ⋅ 67) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(69 ⋅ 67) mod 4 ≡ (69 mod 4 ⋅ 67 mod 4) mod 4.

69 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 68 + 1 = 17 ⋅ 4 + 1 ist.

67 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 64 + 3 = 16 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(69 ⋅ 67) mod 4 ≡ (1 ⋅ 3) mod 4 ≡ 3 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 641128 mod 659.

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. 641 -> x
2. mod(x²,659) -> 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: 6411=641

2: 6412=6411+1=6411⋅6411 ≡ 641⋅641=410881 ≡ 324 mod 659

4: 6414=6412+2=6412⋅6412 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 195 mod 659

8: 6418=6414+4=6414⋅6414 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 462 mod 659

16: 64116=6418+8=6418⋅6418 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 587 mod 659

32: 64132=64116+16=64116⋅64116 ≡ 587⋅587=344569 ≡ 571 mod 659

64: 64164=64132+32=64132⋅64132 ≡ 571⋅571=326041 ≡ 495 mod 659

128: 641128=64164+64=64164⋅64164 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 536 mod 659

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 356214 mod 401.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 214 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 214 an und zerlegen 214 in eine Summer von 2er-Potenzen:

214 = 128+64+16+4+2

1: 3561=356

2: 3562=3561+1=3561⋅3561 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 20 mod 401

4: 3564=3562+2=3562⋅3562 ≡ 20⋅20=400 ≡ 400 mod 401

8: 3568=3564+4=3564⋅3564 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 1 mod 401

16: 35616=3568+8=3568⋅3568 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 401

32: 35632=35616+16=35616⋅35616 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 401

64: 35664=35632+32=35632⋅35632 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 401

128: 356128=35664+64=35664⋅35664 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 401

356214

= 356128+64+16+4+2

= 356128⋅35664⋅35616⋅3564⋅3562

1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 400 ⋅ 20 mod 401
1 ⋅ 1 ⋅ 400 ⋅ 20 mod 401
1 ⋅ 400 ⋅ 20 mod 401
400 ⋅ 20 mod 401
8000 mod 401 ≡ 381 mod 401

Es gilt also: 356214 ≡ 381 mod 401

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 46

=>67 = 1⋅46 + 21
=>46 = 2⋅21 + 4
=>21 = 5⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,46)=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= 21-5⋅4
4= 46-2⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -5⋅(46 -2⋅ 21)
= 1⋅21 -5⋅46 +10⋅ 21)
= -5⋅46 +11⋅ 21 (=1)
21= 67-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅46 +11⋅(67 -1⋅ 46)
= -5⋅46 +11⋅67 -11⋅ 46)
= 11⋅67 -16⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(67,46)=1 = 11⋅67 -16⋅46

oder wenn man 11⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅67 = -16⋅46

-16⋅46 = -11⋅67 + 1 |+67⋅46

-16⋅46 + 67⋅46 = -11⋅67 + 67⋅46 + 1

(-16 + 67) ⋅ 46 = (-11 + 46) ⋅ 67 + 1

51⋅46 = 35⋅67 + 1

Es gilt also: 51⋅46 = 35⋅67 +1

Somit 51⋅46 = 1 mod 67

51 ist also das Inverse von 46 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.