Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (11997 - 5997) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(11997 - 5997) mod 6 ≡ (11997 mod 6 - 5997 mod 6) mod 6.

11997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11997 = 12000-3 = 6 ⋅ 2000 -3 = 6 ⋅ 2000 - 6 + 3.

5997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5997 = 6000-3 = 6 ⋅ 1000 -3 = 6 ⋅ 1000 - 6 + 3.

Somit gilt:

(11997 - 5997) mod 6 ≡ (3 - 3) mod 6 ≡ 0 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (85 ⋅ 44) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(85 ⋅ 44) mod 3 ≡ (85 mod 3 ⋅ 44 mod 3) mod 3.

85 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 84 + 1 = 28 ⋅ 3 + 1 ist.

44 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 42 + 2 = 14 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(85 ⋅ 44) mod 3 ≡ (1 ⋅ 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 22116 mod 397.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 221 -> x
2. mod(x²,397) -> 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: 2211=221

2: 2212=2211+1=2211⋅2211 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 10 mod 397

4: 2214=2212+2=2212⋅2212 ≡ 10⋅10=100 ≡ 100 mod 397

8: 2218=2214+4=2214⋅2214 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 75 mod 397

16: 22116=2218+8=2218⋅2218 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 67 mod 397

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 289229 mod 293.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 229 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 229 an und zerlegen 229 in eine Summer von 2er-Potenzen:

229 = 128+64+32+4+1

1: 2891=289

2: 2892=2891+1=2891⋅2891 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 16 mod 293

4: 2894=2892+2=2892⋅2892 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 293

8: 2898=2894+4=2894⋅2894 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 197 mod 293

16: 28916=2898+8=2898⋅2898 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 133 mod 293

32: 28932=28916+16=28916⋅28916 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 109 mod 293

64: 28964=28932+32=28932⋅28932 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 161 mod 293

128: 289128=28964+64=28964⋅28964 ≡ 161⋅161=25921 ≡ 137 mod 293

289229

= 289128+64+32+4+1

= 289128⋅28964⋅28932⋅2894⋅2891

137 ⋅ 161 ⋅ 109 ⋅ 256 ⋅ 289 mod 293
22057 ⋅ 109 ⋅ 256 ⋅ 289 mod 293 ≡ 82 ⋅ 109 ⋅ 256 ⋅ 289 mod 293
8938 ⋅ 256 ⋅ 289 mod 293 ≡ 148 ⋅ 256 ⋅ 289 mod 293
37888 ⋅ 289 mod 293 ≡ 91 ⋅ 289 mod 293
26299 mod 293 ≡ 222 mod 293

Es gilt also: 289229 ≡ 222 mod 293

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 30.

Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 30

=>83 = 2⋅30 + 23
=>30 = 1⋅23 + 7
=>23 = 3⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,30)=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= 7-3⋅2
2= 23-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(23 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅23 +9⋅ 7)
= -3⋅23 +10⋅ 7 (=1)
7= 30-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +10⋅(30 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +10⋅30 -10⋅ 23)
= 10⋅30 -13⋅ 23 (=1)
23= 83-2⋅30 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 10⋅30 -13⋅(83 -2⋅ 30)
= 10⋅30 -13⋅83 +26⋅ 30)
= -13⋅83 +36⋅ 30 (=1)

Es gilt also: ggt(83,30)=1 = -13⋅83 +36⋅30

oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅83 = +36⋅30

Es gilt also: 36⋅30 = 13⋅83 +1

Somit 36⋅30 = 1 mod 83

36 ist also das Inverse von 30 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.