Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20005 + 4996) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20005 + 4996) mod 5 ≡ (20005 mod 5 + 4996 mod 5) mod 5.

20005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20005 = 20000+5 = 5 ⋅ 4000 +5.

4996 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4996 = 4000+996 = 5 ⋅ 800 +996.

Somit gilt:

(20005 + 4996) mod 5 ≡ (0 + 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 85) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(84 ⋅ 85) mod 6 ≡ (84 mod 6 ⋅ 85 mod 6) mod 6.

84 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 84 + 0 = 14 ⋅ 6 + 0 ist.

85 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 84 + 1 = 14 ⋅ 6 + 1 ist.

Somit gilt:

(84 ⋅ 85) mod 6 ≡ (0 ⋅ 1) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 97128 mod 307.

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. 97 -> x
2. mod(x²,307) -> 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: 971=97

2: 972=971+1=971⋅971 ≡ 97⋅97=9409 ≡ 199 mod 307

4: 974=972+2=972⋅972 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 305 mod 307

8: 978=974+4=974⋅974 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 4 mod 307

16: 9716=978+8=978⋅978 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 307

32: 9732=9716+16=9716⋅9716 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 307

64: 9764=9732+32=9732⋅9732 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 145 mod 307

128: 97128=9764+64=9764⋅9764 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 149 mod 307

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 149231 mod 257.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 231 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 231 an und zerlegen 231 in eine Summer von 2er-Potenzen:

231 = 128+64+32+4+2+1

1: 1491=149

2: 1492=1491+1=1491⋅1491 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 99 mod 257

4: 1494=1492+2=1492⋅1492 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 35 mod 257

8: 1498=1494+4=1494⋅1494 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 197 mod 257

16: 14916=1498+8=1498⋅1498 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 2 mod 257

32: 14932=14916+16=14916⋅14916 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 257

64: 14964=14932+32=14932⋅14932 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 257

128: 149128=14964+64=14964⋅14964 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 257

149231

= 149128+64+32+4+2+1

= 149128⋅14964⋅14932⋅1494⋅1492⋅1491

256 ⋅ 16 ⋅ 4 ⋅ 35 ⋅ 99 ⋅ 149 mod 257
4096 ⋅ 4 ⋅ 35 ⋅ 99 ⋅ 149 mod 257 ≡ 241 ⋅ 4 ⋅ 35 ⋅ 99 ⋅ 149 mod 257
964 ⋅ 35 ⋅ 99 ⋅ 149 mod 257 ≡ 193 ⋅ 35 ⋅ 99 ⋅ 149 mod 257
6755 ⋅ 99 ⋅ 149 mod 257 ≡ 73 ⋅ 99 ⋅ 149 mod 257
7227 ⋅ 149 mod 257 ≡ 31 ⋅ 149 mod 257
4619 mod 257 ≡ 250 mod 257

Es gilt also: 149231 ≡ 250 mod 257

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 36.

Also bestimme x, so dass 36 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 36

=>67 = 1⋅36 + 31
=>36 = 1⋅31 + 5
=>31 = 6⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,36)=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= 31-6⋅5
5= 36-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅31 -6⋅(36 -1⋅ 31)
= 1⋅31 -6⋅36 +6⋅ 31)
= -6⋅36 +7⋅ 31 (=1)
31= 67-1⋅36 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅36 +7⋅(67 -1⋅ 36)
= -6⋅36 +7⋅67 -7⋅ 36)
= 7⋅67 -13⋅ 36 (=1)

Es gilt also: ggt(67,36)=1 = 7⋅67 -13⋅36

oder wenn man 7⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅67 = -13⋅36

-13⋅36 = -7⋅67 + 1 |+67⋅36

-13⋅36 + 67⋅36 = -7⋅67 + 67⋅36 + 1

(-13 + 67) ⋅ 36 = (-7 + 36) ⋅ 67 + 1

54⋅36 = 29⋅67 + 1

Es gilt also: 54⋅36 = 29⋅67 +1

Somit 54⋅36 = 1 mod 67

54 ist also das Inverse von 36 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.