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: (1200 + 2402) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1200 + 2402) mod 6 ≡ (1200 mod 6 + 2402 mod 6) mod 6.

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

2402 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2402 = 2400+2 = 6 ⋅ 400 +2.

Somit gilt:

(1200 + 2402) mod 6 ≡ (0 + 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 28) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(63 ⋅ 28) mod 3 ≡ (63 mod 3 ⋅ 28 mod 3) mod 3.

63 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 63 + 0 = 21 ⋅ 3 + 0 ist.

28 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 27 + 1 = 9 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(63 ⋅ 28) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23164 mod 467.

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. 231 -> x
2. mod(x²,467) -> 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: 2311=231

2: 2312=2311+1=2311⋅2311 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 123 mod 467

4: 2314=2312+2=2312⋅2312 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 185 mod 467

8: 2318=2314+4=2314⋅2314 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 134 mod 467

16: 23116=2318+8=2318⋅2318 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 210 mod 467

32: 23132=23116+16=23116⋅23116 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 202 mod 467

64: 23164=23132+32=23132⋅23132 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 175 mod 467

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 385111 mod 757.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 111 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 111 an und zerlegen 111 in eine Summer von 2er-Potenzen:

111 = 64+32+8+4+2+1

1: 3851=385

2: 3852=3851+1=3851⋅3851 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 610 mod 757

4: 3854=3852+2=3852⋅3852 ≡ 610⋅610=372100 ≡ 413 mod 757

8: 3858=3854+4=3854⋅3854 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 244 mod 757

16: 38516=3858+8=3858⋅3858 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 490 mod 757

32: 38532=38516+16=38516⋅38516 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 131 mod 757

64: 38564=38532+32=38532⋅38532 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 507 mod 757

385111

= 38564+32+8+4+2+1

= 38564⋅38532⋅3858⋅3854⋅3852⋅3851

507 ⋅ 131 ⋅ 244 ⋅ 413 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757
66417 ⋅ 244 ⋅ 413 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757 ≡ 558 ⋅ 244 ⋅ 413 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757
136152 ⋅ 413 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757 ≡ 649 ⋅ 413 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757
268037 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757 ≡ 59 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757
35990 ⋅ 385 mod 757 ≡ 411 ⋅ 385 mod 757
158235 mod 757 ≡ 22 mod 757

Es gilt also: 385111 ≡ 22 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 = 71 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.