Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (8000 - 1200) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(8000 - 1200) mod 4 ≡ (8000 mod 4 - 1200 mod 4) mod 4.

8000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8000 = 8000+0 = 4 ⋅ 2000 +0.

1200 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200 = 1200+0 = 4 ⋅ 300 +0.

Somit gilt:

(8000 - 1200) mod 4 ≡ (0 - 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 38) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(63 ⋅ 38) mod 9 ≡ (63 mod 9 ⋅ 38 mod 9) mod 9.

63 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 63 + 0 = 7 ⋅ 9 + 0 ist.

38 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 4 ⋅ 9 + 2 ist.

Somit gilt:

(63 ⋅ 38) mod 9 ≡ (0 ⋅ 2) mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 496128 mod 751.

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. 496 -> x
2. mod(x²,751) -> 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: 4961=496

2: 4962=4961+1=4961⋅4961 ≡ 496⋅496=246016 ≡ 439 mod 751

4: 4964=4962+2=4962⋅4962 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 465 mod 751

8: 4968=4964+4=4964⋅4964 ≡ 465⋅465=216225 ≡ 688 mod 751

16: 49616=4968+8=4968⋅4968 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 214 mod 751

32: 49632=49616+16=49616⋅49616 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 736 mod 751

64: 49664=49632+32=49632⋅49632 ≡ 736⋅736=541696 ≡ 225 mod 751

128: 496128=49664+64=49664⋅49664 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 308 mod 751

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 304218 mod 613.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 218 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 218 an und zerlegen 218 in eine Summer von 2er-Potenzen:

218 = 128+64+16+8+2

1: 3041=304

2: 3042=3041+1=3041⋅3041 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 466 mod 613

4: 3044=3042+2=3042⋅3042 ≡ 466⋅466=217156 ≡ 154 mod 613

8: 3048=3044+4=3044⋅3044 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 422 mod 613

16: 30416=3048+8=3048⋅3048 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 314 mod 613

32: 30432=30416+16=30416⋅30416 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 516 mod 613

64: 30464=30432+32=30432⋅30432 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 214 mod 613

128: 304128=30464+64=30464⋅30464 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 434 mod 613

304218

= 304128+64+16+8+2

= 304128⋅30464⋅30416⋅3048⋅3042

434 ⋅ 214 ⋅ 314 ⋅ 422 ⋅ 466 mod 613
92876 ⋅ 314 ⋅ 422 ⋅ 466 mod 613 ≡ 313 ⋅ 314 ⋅ 422 ⋅ 466 mod 613
98282 ⋅ 422 ⋅ 466 mod 613 ≡ 202 ⋅ 422 ⋅ 466 mod 613
85244 ⋅ 466 mod 613 ≡ 37 ⋅ 466 mod 613
17242 mod 613 ≡ 78 mod 613

Es gilt also: 304218 ≡ 78 mod 613

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 45.

Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 45

=>61 = 1⋅45 + 16
=>45 = 2⋅16 + 13
=>16 = 1⋅13 + 3
=>13 = 4⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,45)=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= 13-4⋅3
3= 16-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -4⋅(16 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅16 +4⋅ 13)
= -4⋅16 +5⋅ 13 (=1)
13= 45-2⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅16 +5⋅(45 -2⋅ 16)
= -4⋅16 +5⋅45 -10⋅ 16)
= 5⋅45 -14⋅ 16 (=1)
16= 61-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅45 -14⋅(61 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -14⋅61 +14⋅ 45)
= -14⋅61 +19⋅ 45 (=1)

Es gilt also: ggt(61,45)=1 = -14⋅61 +19⋅45

oder wenn man -14⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +14⋅61 = +19⋅45

Es gilt also: 19⋅45 = 14⋅61 +1

Somit 19⋅45 = 1 mod 61

19 ist also das Inverse von 45 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.