Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1802 + 1200) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1802 + 1200) mod 6 ≡ (1802 mod 6 + 1200 mod 6) mod 6.

1802 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1802 = 1800+2 = 6 ⋅ 300 +2.

1200 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200 = 1200+0 = 6 ⋅ 200 +0.

Somit gilt:

(1802 + 1200) mod 6 ≡ (2 + 0) mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (66 ⋅ 95) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(66 ⋅ 95) mod 6 ≡ (66 mod 6 ⋅ 95 mod 6) mod 6.

66 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 66 + 0 = 11 ⋅ 6 + 0 ist.

95 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 90 + 5 = 15 ⋅ 6 + 5 ist.

Somit gilt:

(66 ⋅ 95) mod 6 ≡ (0 ⋅ 5) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 212128 mod 229.

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. 212 -> x
2. mod(x²,229) -> 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: 2121=212

2: 2122=2121+1=2121⋅2121 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 60 mod 229

4: 2124=2122+2=2122⋅2122 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 165 mod 229

8: 2128=2124+4=2124⋅2124 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 203 mod 229

16: 21216=2128+8=2128⋅2128 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 218 mod 229

32: 21232=21216+16=21216⋅21216 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 121 mod 229

64: 21264=21232+32=21232⋅21232 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 214 mod 229

128: 212128=21264+64=21264⋅21264 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 225 mod 229

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 245213 mod 601.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 213 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 213 an und zerlegen 213 in eine Summer von 2er-Potenzen:

213 = 128+64+16+4+1

1: 2451=245

2: 2452=2451+1=2451⋅2451 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 526 mod 601

4: 2454=2452+2=2452⋅2452 ≡ 526⋅526=276676 ≡ 216 mod 601

8: 2458=2454+4=2454⋅2454 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 379 mod 601

16: 24516=2458+8=2458⋅2458 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 2 mod 601

32: 24532=24516+16=24516⋅24516 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 601

64: 24564=24532+32=24532⋅24532 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 601

128: 245128=24564+64=24564⋅24564 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 601

245213

= 245128+64+16+4+1

= 245128⋅24564⋅24516⋅2454⋅2451

256 ⋅ 16 ⋅ 2 ⋅ 216 ⋅ 245 mod 601
4096 ⋅ 2 ⋅ 216 ⋅ 245 mod 601 ≡ 490 ⋅ 2 ⋅ 216 ⋅ 245 mod 601
980 ⋅ 216 ⋅ 245 mod 601 ≡ 379 ⋅ 216 ⋅ 245 mod 601
81864 ⋅ 245 mod 601 ≡ 128 ⋅ 245 mod 601
31360 mod 601 ≡ 108 mod 601

Es gilt also: 245213 ≡ 108 mod 601

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 29.

Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 29

=>83 = 2⋅29 + 25
=>29 = 1⋅25 + 4
=>25 = 6⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,29)=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= 25-6⋅4
4= 29-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅25 -6⋅(29 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -6⋅29 +6⋅ 25)
= -6⋅29 +7⋅ 25 (=1)
25= 83-2⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅29 +7⋅(83 -2⋅ 29)
= -6⋅29 +7⋅83 -14⋅ 29)
= 7⋅83 -20⋅ 29 (=1)

Es gilt also: ggt(83,29)=1 = 7⋅83 -20⋅29

oder wenn man 7⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅83 = -20⋅29

-20⋅29 = -7⋅83 + 1 |+83⋅29

-20⋅29 + 83⋅29 = -7⋅83 + 83⋅29 + 1

(-20 + 83) ⋅ 29 = (-7 + 29) ⋅ 83 + 1

63⋅29 = 22⋅83 + 1

Es gilt also: 63⋅29 = 22⋅83 +1

Somit 63⋅29 = 1 mod 83

63 ist also das Inverse von 29 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.