Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (24002 + 239) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24002 + 239) mod 6 ≡ (24002 mod 6 + 239 mod 6) mod 6.

24002 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24002 = 24000+2 = 6 ⋅ 4000 +2.

239 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 239 = 240-1 = 6 ⋅ 40 -1 = 6 ⋅ 40 - 6 + 5.

Somit gilt:

(24002 + 239) mod 6 ≡ (2 + 5) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 100) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(30 ⋅ 100) mod 11 ≡ (30 mod 11 ⋅ 100 mod 11) mod 11.

30 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 22 + 8 = 2 ⋅ 11 + 8 ist.

100 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 99 + 1 = 9 ⋅ 11 + 1 ist.

Somit gilt:

(30 ⋅ 100) mod 11 ≡ (8 ⋅ 1) mod 11 ≡ 8 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 243128 mod 251.

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. 243 -> x
2. mod(x²,251) -> 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: 2431=243

2: 2432=2431+1=2431⋅2431 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 64 mod 251

4: 2434=2432+2=2432⋅2432 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 80 mod 251

8: 2438=2434+4=2434⋅2434 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 125 mod 251

16: 24316=2438+8=2438⋅2438 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 63 mod 251

32: 24332=24316+16=24316⋅24316 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 204 mod 251

64: 24364=24332+32=24332⋅24332 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 201 mod 251

128: 243128=24364+64=24364⋅24364 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 241 mod 251

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 42262 mod 977.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 62 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 62 an und zerlegen 62 in eine Summer von 2er-Potenzen:

62 = 32+16+8+4+2

1: 4221=422

2: 4222=4221+1=4221⋅4221 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 270 mod 977

4: 4224=4222+2=4222⋅4222 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 602 mod 977

8: 4228=4224+4=4224⋅4224 ≡ 602⋅602=362404 ≡ 914 mod 977

16: 42216=4228+8=4228⋅4228 ≡ 914⋅914=835396 ≡ 61 mod 977

32: 42232=42216+16=42216⋅42216 ≡ 61⋅61=3721 ≡ 790 mod 977

42262

= 42232+16+8+4+2

= 42232⋅42216⋅4228⋅4224⋅4222

790 ⋅ 61 ⋅ 914 ⋅ 602 ⋅ 270 mod 977
48190 ⋅ 914 ⋅ 602 ⋅ 270 mod 977 ≡ 317 ⋅ 914 ⋅ 602 ⋅ 270 mod 977
289738 ⋅ 602 ⋅ 270 mod 977 ≡ 546 ⋅ 602 ⋅ 270 mod 977
328692 ⋅ 270 mod 977 ≡ 420 ⋅ 270 mod 977
113400 mod 977 ≡ 68 mod 977

Es gilt also: 42262 ≡ 68 mod 977

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 34.

Also bestimme x, so dass 34 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 34

=>73 = 2⋅34 + 5
=>34 = 6⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,34)=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= 5-1⋅4
4= 34-6⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(34 -6⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅34 +6⋅ 5)
= -1⋅34 +7⋅ 5 (=1)
5= 73-2⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅34 +7⋅(73 -2⋅ 34)
= -1⋅34 +7⋅73 -14⋅ 34)
= 7⋅73 -15⋅ 34 (=1)

Es gilt also: ggt(73,34)=1 = 7⋅73 -15⋅34

oder wenn man 7⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅73 = -15⋅34

-15⋅34 = -7⋅73 + 1 |+73⋅34

-15⋅34 + 73⋅34 = -7⋅73 + 73⋅34 + 1

(-15 + 73) ⋅ 34 = (-7 + 34) ⋅ 73 + 1

58⋅34 = 27⋅73 + 1

Es gilt also: 58⋅34 = 27⋅73 +1

Somit 58⋅34 = 1 mod 73

58 ist also das Inverse von 34 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.