Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1201 + 5998) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1201 + 5998) mod 6 ≡ (1201 mod 6 + 5998 mod 6) mod 6.

1201 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1201 = 1200+1 = 6 ⋅ 200 +1.

5998 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5998 = 6000-2 = 6 ⋅ 1000 -2 = 6 ⋅ 1000 - 6 + 4.

Somit gilt:

(1201 + 5998) mod 6 ≡ (1 + 4) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 62) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20 ⋅ 62) mod 10 ≡ (20 mod 10 ⋅ 62 mod 10) mod 10.

20 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 20 + 0 = 2 ⋅ 10 + 0 ist.

62 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60 + 2 = 6 ⋅ 10 + 2 ist.

Somit gilt:

(20 ⋅ 62) mod 10 ≡ (0 ⋅ 2) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 430128 mod 593.

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. 430 -> x
2. mod(x²,593) -> 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: 4301=430

2: 4302=4301+1=4301⋅4301 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 477 mod 593

4: 4304=4302+2=4302⋅4302 ≡ 477⋅477=227529 ≡ 410 mod 593

8: 4308=4304+4=4304⋅4304 ≡ 410⋅410=168100 ≡ 281 mod 593

16: 43016=4308+8=4308⋅4308 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 92 mod 593

32: 43032=43016+16=43016⋅43016 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 162 mod 593

64: 43064=43032+32=43032⋅43032 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 152 mod 593

128: 430128=43064+64=43064⋅43064 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 570 mod 593

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 237174 mod 337.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 174 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 174 an und zerlegen 174 in eine Summer von 2er-Potenzen:

174 = 128+32+8+4+2

1: 2371=237

2: 2372=2371+1=2371⋅2371 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 227 mod 337

4: 2374=2372+2=2372⋅2372 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 305 mod 337

8: 2378=2374+4=2374⋅2374 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 13 mod 337

16: 23716=2378+8=2378⋅2378 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 337

32: 23732=23716+16=23716⋅23716 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 253 mod 337

64: 23764=23732+32=23732⋅23732 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 316 mod 337

128: 237128=23764+64=23764⋅23764 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 104 mod 337

237174

= 237128+32+8+4+2

= 237128⋅23732⋅2378⋅2374⋅2372

≡ 104 ⋅ 253 ⋅ 13 ⋅ 305 ⋅ 227 mod 337
≡ 26312 ⋅ 13 ⋅ 305 ⋅ 227 mod 337 ≡ 26 ⋅ 13 ⋅ 305 ⋅ 227 mod 337
≡ 338 ⋅ 305 ⋅ 227 mod 337 ≡ 1 ⋅ 305 ⋅ 227 mod 337
≡ 305 ⋅ 227 mod 337
≡ 69235 mod 337 ≡ 150 mod 337

Es gilt also: 237174 ≡ 150 mod 337

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 69.

Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 69

=>83 = 1⋅69 + 14
=>69 = 4⋅14 + 13
=>14 = 1⋅13 + 1
=>13 = 13⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,69)=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= 14-1⋅13
13= 69-4⋅14 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅14 -1⋅(69 -4⋅ 14)
= 1⋅14 -1⋅69 +4⋅ 14)
= -1⋅69 +5⋅ 14 (=1)
14= 83-1⋅69 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅69 +5⋅(83 -1⋅ 69)
= -1⋅69 +5⋅83 -5⋅ 69)
= 5⋅83 -6⋅ 69 (=1)

Es gilt also: ggt(83,69)=1 = 5⋅83 -6⋅69

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

1 -5⋅83 = -6⋅69

-6⋅69 = -5⋅83 + 1 |+83⋅69

-6⋅69 + 83⋅69 = -5⋅83 + 83⋅69 + 1

(-6 + 83) ⋅ 69 = (-5 + 69) ⋅ 83 + 1

77⋅69 = 64⋅83 + 1

Es gilt also: 77⋅69 = 64⋅83 +1

Somit 77⋅69 = 1 mod 83

77 ist also das Inverse von 69 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.