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: (122 - 8997) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(122 - 8997) mod 3 ≡ (122 mod 3 - 8997 mod 3) mod 3.

122 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 122 = 120+2 = 3 ⋅ 40 +2.

8997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8997 = 9000-3 = 3 ⋅ 3000 -3 = 3 ⋅ 3000 - 3 + 0.

Somit gilt:

(122 - 8997) mod 3 ≡ (2 - 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (47 ⋅ 25) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(47 ⋅ 25) mod 4 ≡ (47 mod 4 ⋅ 25 mod 4) mod 4.

47 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 44 + 3 = 11 ⋅ 4 + 3 ist.

25 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 24 + 1 = 6 ⋅ 4 + 1 ist.

Somit gilt:

(47 ⋅ 25) mod 4 ≡ (3 ⋅ 1) mod 4 ≡ 3 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 41164 mod 821.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 411 -> x
2. mod(x²,821) -> 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: 4111=411

2: 4112=4111+1=4111⋅4111 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 616 mod 821

4: 4114=4112+2=4112⋅4112 ≡ 616⋅616=379456 ≡ 154 mod 821

8: 4118=4114+4=4114⋅4114 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 728 mod 821

16: 41116=4118+8=4118⋅4118 ≡ 728⋅728=529984 ≡ 439 mod 821

32: 41132=41116+16=41116⋅41116 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 607 mod 821

64: 41164=41132+32=41132⋅41132 ≡ 607⋅607=368449 ≡ 641 mod 821

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 670128 mod 967.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 128 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 128 an und zerlegen 128 in eine Summer von 2er-Potenzen:

128 = 128

1: 6701=670

2: 6702=6701+1=6701⋅6701 ≡ 670⋅670=448900 ≡ 212 mod 967

4: 6704=6702+2=6702⋅6702 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 462 mod 967

8: 6708=6704+4=6704⋅6704 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 704 mod 967

16: 67016=6708+8=6708⋅6708 ≡ 704⋅704=495616 ≡ 512 mod 967

32: 67032=67016+16=67016⋅67016 ≡ 512⋅512=262144 ≡ 87 mod 967

64: 67064=67032+32=67032⋅67032 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 800 mod 967

128: 670128=67064+64=67064⋅67064 ≡ 800⋅800=640000 ≡ 813 mod 967

670128

= 670128

= 670128

813 mod 967

Es gilt also: 670128 ≡ 813 mod 967

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 59.

Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 59

=>101 = 1⋅59 + 42
=>59 = 1⋅42 + 17
=>42 = 2⋅17 + 8
=>17 = 2⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,59)=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= 59-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅42 +5⋅(59 -1⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅59 -5⋅ 42)
= 5⋅59 -7⋅ 42 (=1)
42= 101-1⋅59 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅59 -7⋅(101 -1⋅ 59)
= 5⋅59 -7⋅101 +7⋅ 59)
= -7⋅101 +12⋅ 59 (=1)

Es gilt also: ggt(101,59)=1 = -7⋅101 +12⋅59

oder wenn man -7⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅101 = +12⋅59

Es gilt also: 12⋅59 = 7⋅101 +1

Somit 12⋅59 = 1 mod 101

12 ist also das Inverse von 59 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.