Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (251 - 199) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(251 - 199) mod 5 ≡ (251 mod 5 - 199 mod 5) mod 5.

251 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 251 = 250+1 = 5 ⋅ 50 +1.

199 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 199 = 190+9 = 5 ⋅ 38 +9.

Somit gilt:

(251 - 199) mod 5 ≡ (1 - 4) mod 5 ≡ -3 mod 5 ≡ 2 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 16) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(98 ⋅ 16) mod 8 ≡ (98 mod 8 ⋅ 16 mod 8) mod 8.

98 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 12 ⋅ 8 + 2 ist.

16 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 16 + 0 = 2 ⋅ 8 + 0 ist.

Somit gilt:

(98 ⋅ 16) mod 8 ≡ (2 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 211128 mod 331.

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. 211 -> x
2. mod(x²,331) -> 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: 2111=211

2: 2112=2111+1=2111⋅2111 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 167 mod 331

4: 2114=2112+2=2112⋅2112 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 85 mod 331

8: 2118=2114+4=2114⋅2114 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 274 mod 331

16: 21116=2118+8=2118⋅2118 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 270 mod 331

32: 21132=21116+16=21116⋅21116 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 80 mod 331

64: 21164=21132+32=21132⋅21132 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 111 mod 331

128: 211128=21164+64=21164⋅21164 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 74 mod 331

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 400103 mod 971.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 103 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 103 an und zerlegen 103 in eine Summer von 2er-Potenzen:

103 = 64+32+4+2+1

1: 4001=400

2: 4002=4001+1=4001⋅4001 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 756 mod 971

4: 4004=4002+2=4002⋅4002 ≡ 756⋅756=571536 ≡ 588 mod 971

8: 4008=4004+4=4004⋅4004 ≡ 588⋅588=345744 ≡ 68 mod 971

16: 40016=4008+8=4008⋅4008 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 740 mod 971

32: 40032=40016+16=40016⋅40016 ≡ 740⋅740=547600 ≡ 927 mod 971

64: 40064=40032+32=40032⋅40032 ≡ 927⋅927=859329 ≡ 965 mod 971

400103

= 40064+32+4+2+1

= 40064⋅40032⋅4004⋅4002⋅4001

965 ⋅ 927 ⋅ 588 ⋅ 756 ⋅ 400 mod 971
894555 ⋅ 588 ⋅ 756 ⋅ 400 mod 971 ≡ 264 ⋅ 588 ⋅ 756 ⋅ 400 mod 971
155232 ⋅ 756 ⋅ 400 mod 971 ≡ 843 ⋅ 756 ⋅ 400 mod 971
637308 ⋅ 400 mod 971 ≡ 332 ⋅ 400 mod 971
132800 mod 971 ≡ 744 mod 971

Es gilt also: 400103 ≡ 744 mod 971

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 35

=>67 = 1⋅35 + 32
=>35 = 1⋅32 + 3
=>32 = 10⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,35)=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= 32-10⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(32 -10⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅32 +10⋅ 3)
= -1⋅32 +11⋅ 3 (=1)
3= 35-1⋅32 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅32 +11⋅(35 -1⋅ 32)
= -1⋅32 +11⋅35 -11⋅ 32)
= 11⋅35 -12⋅ 32 (=1)
32= 67-1⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 11⋅35 -12⋅(67 -1⋅ 35)
= 11⋅35 -12⋅67 +12⋅ 35)
= -12⋅67 +23⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(67,35)=1 = -12⋅67 +23⋅35

oder wenn man -12⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +12⋅67 = +23⋅35

Es gilt also: 23⋅35 = 12⋅67 +1

Somit 23⋅35 = 1 mod 67

23 ist also das Inverse von 35 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.