Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2401 + 30003) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2401 + 30003) mod 6 ≡ (2401 mod 6 + 30003 mod 6) mod 6.

2401 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2401 = 2400+1 = 6 ⋅ 400 +1.

30003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30003 = 30000+3 = 6 ⋅ 5000 +3.

Somit gilt:

(2401 + 30003) mod 6 ≡ (1 + 3) mod 6 ≡ 4 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (81 ⋅ 78) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(81 ⋅ 78) mod 7 ≡ (81 mod 7 ⋅ 78 mod 7) mod 7.

81 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 77 + 4 = 11 ⋅ 7 + 4 ist.

78 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 77 + 1 = 11 ⋅ 7 + 1 ist.

Somit gilt:

(81 ⋅ 78) mod 7 ≡ (4 ⋅ 1) mod 7 ≡ 4 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 411128 mod 439.

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. 411 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 4111=411

2: 4112=4111+1=4111⋅4111 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 345 mod 439

4: 4114=4112+2=4112⋅4112 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 56 mod 439

8: 4118=4114+4=4114⋅4114 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 63 mod 439

16: 41116=4118+8=4118⋅4118 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 18 mod 439

32: 41132=41116+16=41116⋅41116 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 439

64: 41164=41132+32=41132⋅41132 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 55 mod 439

128: 411128=41164+64=41164⋅41164 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 391 mod 439

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 377248 mod 919.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:

248 = 128+64+32+16+8

1: 3771=377

2: 3772=3771+1=3771⋅3771 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 603 mod 919

4: 3774=3772+2=3772⋅3772 ≡ 603⋅603=363609 ≡ 604 mod 919

8: 3778=3774+4=3774⋅3774 ≡ 604⋅604=364816 ≡ 892 mod 919

16: 37716=3778+8=3778⋅3778 ≡ 892⋅892=795664 ≡ 729 mod 919

32: 37732=37716+16=37716⋅37716 ≡ 729⋅729=531441 ≡ 259 mod 919

64: 37764=37732+32=37732⋅37732 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 913 mod 919

128: 377128=37764+64=37764⋅37764 ≡ 913⋅913=833569 ≡ 36 mod 919

377248

= 377128+64+32+16+8

= 377128⋅37764⋅37732⋅37716⋅3778

36 ⋅ 913 ⋅ 259 ⋅ 729 ⋅ 892 mod 919
32868 ⋅ 259 ⋅ 729 ⋅ 892 mod 919 ≡ 703 ⋅ 259 ⋅ 729 ⋅ 892 mod 919
182077 ⋅ 729 ⋅ 892 mod 919 ≡ 115 ⋅ 729 ⋅ 892 mod 919
83835 ⋅ 892 mod 919 ≡ 206 ⋅ 892 mod 919
183752 mod 919 ≡ 871 mod 919

Es gilt also: 377248 ≡ 871 mod 919

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 84.

Also bestimme x, so dass 84 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 84

=>101 = 1⋅84 + 17
=>84 = 4⋅17 + 16
=>17 = 1⋅16 + 1
=>16 = 16⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,84)=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= 17-1⋅16
16= 84-4⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -1⋅(84 -4⋅ 17)
= 1⋅17 -1⋅84 +4⋅ 17)
= -1⋅84 +5⋅ 17 (=1)
17= 101-1⋅84 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅84 +5⋅(101 -1⋅ 84)
= -1⋅84 +5⋅101 -5⋅ 84)
= 5⋅101 -6⋅ 84 (=1)

Es gilt also: ggt(101,84)=1 = 5⋅101 -6⋅84

oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅101 = -6⋅84

-6⋅84 = -5⋅101 + 1 |+101⋅84

-6⋅84 + 101⋅84 = -5⋅101 + 101⋅84 + 1

(-6 + 101) ⋅ 84 = (-5 + 84) ⋅ 101 + 1

95⋅84 = 79⋅101 + 1

Es gilt also: 95⋅84 = 79⋅101 +1

Somit 95⋅84 = 1 mod 101

95 ist also das Inverse von 84 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.