Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (12000 + 11997) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(12000 + 11997) mod 6 ≡ (12000 mod 6 + 11997 mod 6) mod 6.

12000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000 = 12000+0 = 6 ⋅ 2000 +0.

11997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11997 = 12000-3 = 6 ⋅ 2000 -3 = 6 ⋅ 2000 - 6 + 3.

Somit gilt:

(12000 + 11997) mod 6 ≡ (0 + 3) mod 6 ≡ 3 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (56 ⋅ 85) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(56 ⋅ 85) mod 5 ≡ (56 mod 5 ⋅ 85 mod 5) mod 5.

56 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 55 + 1 = 11 ⋅ 5 + 1 ist.

85 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 85 + 0 = 17 ⋅ 5 + 0 ist.

Somit gilt:

(56 ⋅ 85) mod 5 ≡ (1 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 61364 mod 641.

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. 613 -> x
2. mod(x²,641) -> 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: 6131=613

2: 6132=6131+1=6131⋅6131 ≡ 613⋅613=375769 ≡ 143 mod 641

4: 6134=6132+2=6132⋅6132 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 578 mod 641

8: 6138=6134+4=6134⋅6134 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 123 mod 641

16: 61316=6138+8=6138⋅6138 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 386 mod 641

32: 61332=61316+16=61316⋅61316 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 284 mod 641

64: 61364=61332+32=61332⋅61332 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 531 mod 641

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 183251 mod 491.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 251 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 251 an und zerlegen 251 in eine Summer von 2er-Potenzen:

251 = 128+64+32+16+8+2+1

1: 1831=183

2: 1832=1831+1=1831⋅1831 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 101 mod 491

4: 1834=1832+2=1832⋅1832 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 381 mod 491

8: 1838=1834+4=1834⋅1834 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 316 mod 491

16: 18316=1838+8=1838⋅1838 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 183 mod 491

32: 18332=18316+16=18316⋅18316 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 101 mod 491

64: 18364=18332+32=18332⋅18332 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 381 mod 491

128: 183128=18364+64=18364⋅18364 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 316 mod 491

183251

= 183128+64+32+16+8+2+1

= 183128⋅18364⋅18332⋅18316⋅1838⋅1832⋅1831

316 ⋅ 381 ⋅ 101 ⋅ 183 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491
120396 ⋅ 101 ⋅ 183 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491 ≡ 101 ⋅ 101 ⋅ 183 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491
10201 ⋅ 183 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491 ≡ 381 ⋅ 183 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491
69723 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491 ≡ 1 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491
316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491
31916 ⋅ 183 mod 491 ≡ 1 ⋅ 183 mod 491
183 mod 491

Es gilt also: 183251 ≡ 183 mod 491

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 70.

Also bestimme x, so dass 70 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 70

=>89 = 1⋅70 + 19
=>70 = 3⋅19 + 13
=>19 = 1⋅13 + 6
=>13 = 2⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,70)=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= 13-2⋅6
6= 19-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -2⋅(19 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅19 +2⋅ 13)
= -2⋅19 +3⋅ 13 (=1)
13= 70-3⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅19 +3⋅(70 -3⋅ 19)
= -2⋅19 +3⋅70 -9⋅ 19)
= 3⋅70 -11⋅ 19 (=1)
19= 89-1⋅70 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅70 -11⋅(89 -1⋅ 70)
= 3⋅70 -11⋅89 +11⋅ 70)
= -11⋅89 +14⋅ 70 (=1)

Es gilt also: ggt(89,70)=1 = -11⋅89 +14⋅70

oder wenn man -11⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅89 = +14⋅70

Es gilt also: 14⋅70 = 11⋅89 +1

Somit 14⋅70 = 1 mod 89

14 ist also das Inverse von 70 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.