Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2004 + 120) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2004 + 120) mod 4 ≡ (2004 mod 4 + 120 mod 4) mod 4.

2004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2004 = 2000+4 = 4 ⋅ 500 +4.

120 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 120 = 120+0 = 4 ⋅ 30 +0.

Somit gilt:

(2004 + 120) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 56) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(61 ⋅ 56) mod 6 ≡ (61 mod 6 ⋅ 56 mod 6) mod 6.

61 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 10 ⋅ 6 + 1 ist.

56 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 54 + 2 = 9 ⋅ 6 + 2 ist.

Somit gilt:

(61 ⋅ 56) mod 6 ≡ (1 ⋅ 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 14732 mod 307.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 147 -> 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: 1471=147

2: 1472=1471+1=1471⋅1471 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 119 mod 307

4: 1474=1472+2=1472⋅1472 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 39 mod 307

8: 1478=1474+4=1474⋅1474 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 293 mod 307

16: 14716=1478+8=1478⋅1478 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 196 mod 307

32: 14732=14716+16=14716⋅14716 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 41 mod 307

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 411244 mod 631.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 244 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 244 an und zerlegen 244 in eine Summer von 2er-Potenzen:

244 = 128+64+32+16+4

1: 4111=411

2: 4112=4111+1=4111⋅4111 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 444 mod 631

4: 4114=4112+2=4112⋅4112 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 264 mod 631

8: 4118=4114+4=4114⋅4114 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 286 mod 631

16: 41116=4118+8=4118⋅4118 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 397 mod 631

32: 41132=41116+16=41116⋅41116 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 490 mod 631

64: 41164=41132+32=41132⋅41132 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 320 mod 631

128: 411128=41164+64=41164⋅41164 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 178 mod 631

411244

= 411128+64+32+16+4

= 411128⋅41164⋅41132⋅41116⋅4114

178 ⋅ 320 ⋅ 490 ⋅ 397 ⋅ 264 mod 631
56960 ⋅ 490 ⋅ 397 ⋅ 264 mod 631 ≡ 170 ⋅ 490 ⋅ 397 ⋅ 264 mod 631
83300 ⋅ 397 ⋅ 264 mod 631 ≡ 8 ⋅ 397 ⋅ 264 mod 631
3176 ⋅ 264 mod 631 ≡ 21 ⋅ 264 mod 631
5544 mod 631 ≡ 496 mod 631

Es gilt also: 411244 ≡ 496 mod 631

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 30.

Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 30

=>67 = 2⋅30 + 7
=>30 = 4⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,30)=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= 7-3⋅2
2= 30-4⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(30 -4⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅30 +12⋅ 7)
= -3⋅30 +13⋅ 7 (=1)
7= 67-2⋅30 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅30 +13⋅(67 -2⋅ 30)
= -3⋅30 +13⋅67 -26⋅ 30)
= 13⋅67 -29⋅ 30 (=1)

Es gilt also: ggt(67,30)=1 = 13⋅67 -29⋅30

oder wenn man 13⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅67 = -29⋅30

-29⋅30 = -13⋅67 + 1 |+67⋅30

-29⋅30 + 67⋅30 = -13⋅67 + 67⋅30 + 1

(-29 + 67) ⋅ 30 = (-13 + 30) ⋅ 67 + 1

38⋅30 = 17⋅67 + 1

Es gilt also: 38⋅30 = 17⋅67 +1

Somit 38⋅30 = 1 mod 67

38 ist also das Inverse von 30 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.