Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (598 + 1195) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(598 + 1195) mod 6 ≡ (598 mod 6 + 1195 mod 6) mod 6.

598 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 598 = 600-2 = 6 ⋅ 100 -2 = 6 ⋅ 100 - 6 + 4.

1195 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1195 = 1200-5 = 6 ⋅ 200 -5 = 6 ⋅ 200 - 6 + 1.

Somit gilt:

(598 + 1195) mod 6 ≡ (4 + 1) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 28) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 28) mod 5 ≡ (21 mod 5 ⋅ 28 mod 5) mod 5.

21 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 20 + 1 = 4 ⋅ 5 + 1 ist.

28 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 25 + 3 = 5 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 28) mod 5 ≡ (1 ⋅ 3) mod 5 ≡ 3 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 32664 mod 419.

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. 326 -> x
2. mod(x²,419) -> 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: 3261=326

2: 3262=3261+1=3261⋅3261 ≡ 326⋅326=106276 ≡ 269 mod 419

4: 3264=3262+2=3262⋅3262 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 293 mod 419

8: 3268=3264+4=3264⋅3264 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 373 mod 419

16: 32616=3268+8=3268⋅3268 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 21 mod 419

32: 32632=32616+16=32616⋅32616 ≡ 21⋅21=441 ≡ 22 mod 419

64: 32664=32632+32=32632⋅32632 ≡ 22⋅22=484 ≡ 65 mod 419

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 498235 mod 857.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 235 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 235 an und zerlegen 235 in eine Summer von 2er-Potenzen:

235 = 128+64+32+8+2+1

1: 4981=498

2: 4982=4981+1=4981⋅4981 ≡ 498⋅498=248004 ≡ 331 mod 857

4: 4984=4982+2=4982⋅4982 ≡ 331⋅331=109561 ≡ 722 mod 857

8: 4988=4984+4=4984⋅4984 ≡ 722⋅722=521284 ≡ 228 mod 857

16: 49816=4988+8=4988⋅4988 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 564 mod 857

32: 49832=49816+16=49816⋅49816 ≡ 564⋅564=318096 ≡ 149 mod 857

64: 49864=49832+32=49832⋅49832 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 776 mod 857

128: 498128=49864+64=49864⋅49864 ≡ 776⋅776=602176 ≡ 562 mod 857

498235

= 498128+64+32+8+2+1

= 498128⋅49864⋅49832⋅4988⋅4982⋅4981

562 ⋅ 776 ⋅ 149 ⋅ 228 ⋅ 331 ⋅ 498 mod 857
436112 ⋅ 149 ⋅ 228 ⋅ 331 ⋅ 498 mod 857 ≡ 756 ⋅ 149 ⋅ 228 ⋅ 331 ⋅ 498 mod 857
112644 ⋅ 228 ⋅ 331 ⋅ 498 mod 857 ≡ 377 ⋅ 228 ⋅ 331 ⋅ 498 mod 857
85956 ⋅ 331 ⋅ 498 mod 857 ≡ 256 ⋅ 331 ⋅ 498 mod 857
84736 ⋅ 498 mod 857 ≡ 750 ⋅ 498 mod 857
373500 mod 857 ≡ 705 mod 857

Es gilt also: 498235 ≡ 705 mod 857

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 53.

Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 53

=>71 = 1⋅53 + 18
=>53 = 2⋅18 + 17
=>18 = 1⋅17 + 1
=>17 = 17⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,53)=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= 18-1⋅17
17= 53-2⋅18 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅18 -1⋅(53 -2⋅ 18)
= 1⋅18 -1⋅53 +2⋅ 18)
= -1⋅53 +3⋅ 18 (=1)
18= 71-1⋅53 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅53 +3⋅(71 -1⋅ 53)
= -1⋅53 +3⋅71 -3⋅ 53)
= 3⋅71 -4⋅ 53 (=1)

Es gilt also: ggt(71,53)=1 = 3⋅71 -4⋅53

oder wenn man 3⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅71 = -4⋅53

-4⋅53 = -3⋅71 + 1 |+71⋅53

-4⋅53 + 71⋅53 = -3⋅71 + 71⋅53 + 1

(-4 + 71) ⋅ 53 = (-3 + 53) ⋅ 71 + 1

67⋅53 = 50⋅71 + 1

Es gilt also: 67⋅53 = 50⋅71 +1

Somit 67⋅53 = 1 mod 71

67 ist also das Inverse von 53 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.