Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 + 123) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 + 123) mod 6 ≡ (58 mod 6 + 123 mod 6) mod 6.

58 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 60-2 = 6 ⋅ 10 -2 = 6 ⋅ 10 - 6 + 4.

123 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 123 = 120+3 = 6 ⋅ 20 +3.

Somit gilt:

(58 + 123) mod 6 ≡ (4 + 3) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (66 ⋅ 61) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(66 ⋅ 61) mod 6 ≡ (66 mod 6 ⋅ 61 mod 6) mod 6.

66 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 66 + 0 = 11 ⋅ 6 + 0 ist.

61 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 10 ⋅ 6 + 1 ist.

Somit gilt:

(66 ⋅ 61) mod 6 ≡ (0 ⋅ 1) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 6868 mod 983.

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. 686 -> x
2. mod(x²,983) -> 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: 6861=686

2: 6862=6861+1=6861⋅6861 ≡ 686⋅686=470596 ≡ 722 mod 983

4: 6864=6862+2=6862⋅6862 ≡ 722⋅722=521284 ≡ 294 mod 983

8: 6868=6864+4=6864⋅6864 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 915 mod 983

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 47461 mod 743.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 61 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 61 an und zerlegen 61 in eine Summer von 2er-Potenzen:

61 = 32+16+8+4+1

1: 4741=474

2: 4742=4741+1=4741⋅4741 ≡ 474⋅474=224676 ≡ 290 mod 743

4: 4744=4742+2=4742⋅4742 ≡ 290⋅290=84100 ≡ 141 mod 743

8: 4748=4744+4=4744⋅4744 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 563 mod 743

16: 47416=4748+8=4748⋅4748 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 451 mod 743

32: 47432=47416+16=47416⋅47416 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 562 mod 743

47461

= 47432+16+8+4+1

= 47432⋅47416⋅4748⋅4744⋅4741

562 ⋅ 451 ⋅ 563 ⋅ 141 ⋅ 474 mod 743
253462 ⋅ 563 ⋅ 141 ⋅ 474 mod 743 ≡ 99 ⋅ 563 ⋅ 141 ⋅ 474 mod 743
55737 ⋅ 141 ⋅ 474 mod 743 ≡ 12 ⋅ 141 ⋅ 474 mod 743
1692 ⋅ 474 mod 743 ≡ 206 ⋅ 474 mod 743
97644 mod 743 ≡ 311 mod 743

Es gilt also: 47461 ≡ 311 mod 743

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 50.

Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 50

=>61 = 1⋅50 + 11
=>50 = 4⋅11 + 6
=>11 = 1⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,50)=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= 6-1⋅5
5= 11-1⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(11 -1⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅11 +1⋅ 6)
= -1⋅11 +2⋅ 6 (=1)
6= 50-4⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅11 +2⋅(50 -4⋅ 11)
= -1⋅11 +2⋅50 -8⋅ 11)
= 2⋅50 -9⋅ 11 (=1)
11= 61-1⋅50 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅50 -9⋅(61 -1⋅ 50)
= 2⋅50 -9⋅61 +9⋅ 50)
= -9⋅61 +11⋅ 50 (=1)

Es gilt also: ggt(61,50)=1 = -9⋅61 +11⋅50

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

1 +9⋅61 = +11⋅50

Es gilt also: 11⋅50 = 9⋅61 +1

Somit 11⋅50 = 1 mod 61

11 ist also das Inverse von 50 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.