Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (14006 - 3506) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(14006 - 3506) mod 7 ≡ (14006 mod 7 - 3506 mod 7) mod 7.

14006 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14006 = 14000+6 = 7 ⋅ 2000 +6.

3506 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3506 = 3500+6 = 7 ⋅ 500 +6.

Somit gilt:

(14006 - 3506) mod 7 ≡ (6 - 6) mod 7 ≡ 0 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 17) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(23 ⋅ 17) mod 11 ≡ (23 mod 11 ⋅ 17 mod 11) mod 11.

23 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 22 + 1 = 2 ⋅ 11 + 1 ist.

17 mod 11 ≡ 6 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 11 + 6 = 1 ⋅ 11 + 6 ist.

Somit gilt:

(23 ⋅ 17) mod 11 ≡ (1 ⋅ 6) mod 11 ≡ 6 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 583128 mod 709.

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. 583 -> x
2. mod(x²,709) -> 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: 5831=583

2: 5832=5831+1=5831⋅5831 ≡ 583⋅583=339889 ≡ 278 mod 709

4: 5834=5832+2=5832⋅5832 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 3 mod 709

8: 5838=5834+4=5834⋅5834 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 709

16: 58316=5838+8=5838⋅5838 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 709

32: 58332=58316+16=58316⋅58316 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 180 mod 709

64: 58364=58332+32=58332⋅58332 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 495 mod 709

128: 583128=58364+64=58364⋅58364 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 420 mod 709

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 12971 mod 293.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 71 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 71 an und zerlegen 71 in eine Summer von 2er-Potenzen:

71 = 64+4+2+1

1: 1291=129

2: 1292=1291+1=1291⋅1291 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 233 mod 293

4: 1294=1292+2=1292⋅1292 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 84 mod 293

8: 1298=1294+4=1294⋅1294 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 24 mod 293

16: 12916=1298+8=1298⋅1298 ≡ 24⋅24=576 ≡ 283 mod 293

32: 12932=12916+16=12916⋅12916 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 100 mod 293

64: 12964=12932+32=12932⋅12932 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 38 mod 293

12971

= 12964+4+2+1

= 12964⋅1294⋅1292⋅1291

≡ 38 ⋅ 84 ⋅ 233 ⋅ 129 mod 293
≡ 3192 ⋅ 233 ⋅ 129 mod 293 ≡ 262 ⋅ 233 ⋅ 129 mod 293
≡ 61046 ⋅ 129 mod 293 ≡ 102 ⋅ 129 mod 293
≡ 13158 mod 293 ≡ 266 mod 293

Es gilt also: 12971 ≡ 266 mod 293

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 42

=>101 = 2⋅42 + 17
=>42 = 2⋅17 + 8
=>17 = 2⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,42)=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= 17-2⋅8
8= 42-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -2⋅(42 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅42 +4⋅ 17)
= -2⋅42 +5⋅ 17 (=1)
17= 101-2⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅42 +5⋅(101 -2⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅101 -10⋅ 42)
= 5⋅101 -12⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(101,42)=1 = 5⋅101 -12⋅42

oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅101 = -12⋅42

-12⋅42 = -5⋅101 + 1 |+101⋅42

-12⋅42 + 101⋅42 = -5⋅101 + 101⋅42 + 1

(-12 + 101) ⋅ 42 = (-5 + 42) ⋅ 101 + 1

89⋅42 = 37⋅101 + 1

Es gilt also: 89⋅42 = 37⋅101 +1

Somit 89⋅42 = 1 mod 101

89 ist also das Inverse von 42 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.