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: (30004 + 122) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(30004 + 122) mod 6 ≡ (30004 mod 6 + 122 mod 6) mod 6.

30004 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30004 = 30000+4 = 6 ⋅ 5000 +4.

122 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 122 = 120+2 = 6 ⋅ 20 +2.

Somit gilt:

(30004 + 122) mod 6 ≡ (4 + 2) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 35) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(68 ⋅ 35) mod 7 ≡ (68 mod 7 ⋅ 35 mod 7) mod 7.

68 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 63 + 5 = 9 ⋅ 7 + 5 ist.

35 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 35 + 0 = 5 ⋅ 7 + 0 ist.

Somit gilt:

(68 ⋅ 35) mod 7 ≡ (5 ⋅ 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 42416 mod 659.

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. 424 -> 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: 4241=424

2: 4242=4241+1=4241⋅4241 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 528 mod 659

4: 4244=4242+2=4242⋅4242 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 27 mod 659

8: 4248=4244+4=4244⋅4244 ≡ 27⋅27=729 ≡ 70 mod 659

16: 42416=4248+8=4248⋅4248 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 287 mod 659

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 439126 mod 449.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 126 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 126 an und zerlegen 126 in eine Summer von 2er-Potenzen:

126 = 64+32+16+8+4+2

1: 4391=439

2: 4392=4391+1=4391⋅4391 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 100 mod 449

4: 4394=4392+2=4392⋅4392 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 122 mod 449

8: 4398=4394+4=4394⋅4394 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 67 mod 449

16: 43916=4398+8=4398⋅4398 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 448 mod 449

32: 43932=43916+16=43916⋅43916 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 1 mod 449

64: 43964=43932+32=43932⋅43932 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 449

439126

= 43964+32+16+8+4+2

= 43964⋅43932⋅43916⋅4398⋅4394⋅4392

1 ⋅ 1 ⋅ 448 ⋅ 67 ⋅ 122 ⋅ 100 mod 449
1 ⋅ 448 ⋅ 67 ⋅ 122 ⋅ 100 mod 449
448 ⋅ 67 ⋅ 122 ⋅ 100 mod 449
30016 ⋅ 122 ⋅ 100 mod 449 ≡ 382 ⋅ 122 ⋅ 100 mod 449
46604 ⋅ 100 mod 449 ≡ 357 ⋅ 100 mod 449
35700 mod 449 ≡ 229 mod 449

Es gilt also: 439126 ≡ 229 mod 449

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 32.

Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 32

=>83 = 2⋅32 + 19
=>32 = 1⋅19 + 13
=>19 = 1⋅13 + 6
=>13 = 2⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,32)=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= 13-2⋅6
6= 19-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -2⋅(19 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅19 +2⋅ 13)
= -2⋅19 +3⋅ 13 (=1)
13= 32-1⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅19 +3⋅(32 -1⋅ 19)
= -2⋅19 +3⋅32 -3⋅ 19)
= 3⋅32 -5⋅ 19 (=1)
19= 83-2⋅32 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅32 -5⋅(83 -2⋅ 32)
= 3⋅32 -5⋅83 +10⋅ 32)
= -5⋅83 +13⋅ 32 (=1)

Es gilt also: ggt(83,32)=1 = -5⋅83 +13⋅32

oder wenn man -5⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅83 = +13⋅32

Es gilt also: 13⋅32 = 5⋅83 +1

Somit 13⋅32 = 1 mod 83

13 ist also das Inverse von 32 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.