Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3004 - 17995) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3004 - 17995) mod 6 ≡ (3004 mod 6 - 17995 mod 6) mod 6.

3004 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3004 = 3000+4 = 6 ⋅ 500 +4.

17995 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17995 = 18000-5 = 6 ⋅ 3000 -5 = 6 ⋅ 3000 - 6 + 1.

Somit gilt:

(3004 - 17995) mod 6 ≡ (4 - 1) mod 6 ≡ 3 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 35) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(32 ⋅ 35) mod 8 ≡ (32 mod 8 ⋅ 35 mod 8) mod 8.

32 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 32 + 0 = 4 ⋅ 8 + 0 ist.

35 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 32 + 3 = 4 ⋅ 8 + 3 ist.

Somit gilt:

(32 ⋅ 35) mod 8 ≡ (0 ⋅ 3) mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 576128 mod 653.

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. 576 -> x
2. mod(x²,653) -> 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: 5761=576

2: 5762=5761+1=5761⋅5761 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 52 mod 653

4: 5764=5762+2=5762⋅5762 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 92 mod 653

8: 5768=5764+4=5764⋅5764 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 628 mod 653

16: 57616=5768+8=5768⋅5768 ≡ 628⋅628=394384 ≡ 625 mod 653

32: 57632=57616+16=57616⋅57616 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 131 mod 653

64: 57664=57632+32=57632⋅57632 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 183 mod 653

128: 576128=57664+64=57664⋅57664 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 186 mod 653

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 41068 mod 757.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 68 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 68 an und zerlegen 68 in eine Summer von 2er-Potenzen:

68 = 64+4

1: 4101=410

2: 4102=4101+1=4101⋅4101 ≡ 410⋅410=168100 ≡ 46 mod 757

4: 4104=4102+2=4102⋅4102 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 602 mod 757

8: 4108=4104+4=4104⋅4104 ≡ 602⋅602=362404 ≡ 558 mod 757

16: 41016=4108+8=4108⋅4108 ≡ 558⋅558=311364 ≡ 237 mod 757

32: 41032=41016+16=41016⋅41016 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 151 mod 757

64: 41064=41032+32=41032⋅41032 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 91 mod 757

41068

= 41064+4

= 41064⋅4104

≡ 91 ⋅ 602 mod 757
≡ 54782 mod 757 ≡ 278 mod 757

Es gilt also: 41068 ≡ 278 mod 757

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 98.

Also bestimme x, so dass 98 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 98

=>101 = 1⋅98 + 3
=>98 = 32⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,98)=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= 3-1⋅2
2= 98-32⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(98 -32⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅98 +32⋅ 3)
= -1⋅98 +33⋅ 3 (=1)
3= 101-1⋅98 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅98 +33⋅(101 -1⋅ 98)
= -1⋅98 +33⋅101 -33⋅ 98)
= 33⋅101 -34⋅ 98 (=1)

Es gilt also: ggt(101,98)=1 = 33⋅101 -34⋅98

oder wenn man 33⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -33⋅101 = -34⋅98

-34⋅98 = -33⋅101 + 1 |+101⋅98

-34⋅98 + 101⋅98 = -33⋅101 + 101⋅98 + 1

(-34 + 101) ⋅ 98 = (-33 + 98) ⋅ 101 + 1

67⋅98 = 65⋅101 + 1

Es gilt also: 67⋅98 = 65⋅101 +1

Somit 67⋅98 = 1 mod 101

67 ist also das Inverse von 98 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.