Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1596 + 3997) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1596 + 3997) mod 4 ≡ (1596 mod 4 + 3997 mod 4) mod 4.

1596 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1596 = 1500+96 = 4 ⋅ 375 +96.

3997 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3997 = 3000+997 = 4 ⋅ 750 +997.

Somit gilt:

(1596 + 3997) mod 4 ≡ (0 + 1) mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 80) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20 ⋅ 80) mod 7 ≡ (20 mod 7 ⋅ 80 mod 7) mod 7.

20 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 14 + 6 = 2 ⋅ 7 + 6 ist.

80 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 77 + 3 = 11 ⋅ 7 + 3 ist.

Somit gilt:

(20 ⋅ 80) mod 7 ≡ (6 ⋅ 3) mod 7 ≡ 18 mod 7 ≡ 4 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 66164 mod 863.

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. 661 -> x
2. mod(x²,863) -> 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: 6611=661

2: 6612=6611+1=6611⋅6611 ≡ 661⋅661=436921 ≡ 243 mod 863

4: 6614=6612+2=6612⋅6612 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 365 mod 863

8: 6618=6614+4=6614⋅6614 ≡ 365⋅365=133225 ≡ 323 mod 863

16: 66116=6618+8=6618⋅6618 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 769 mod 863

32: 66132=66116+16=66116⋅66116 ≡ 769⋅769=591361 ≡ 206 mod 863

64: 66164=66132+32=66132⋅66132 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 149 mod 863

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 149151 mod 311.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 151 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 151 an und zerlegen 151 in eine Summer von 2er-Potenzen:

151 = 128+16+4+2+1

1: 1491=149

2: 1492=1491+1=1491⋅1491 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 120 mod 311

4: 1494=1492+2=1492⋅1492 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 94 mod 311

8: 1498=1494+4=1494⋅1494 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 128 mod 311

16: 14916=1498+8=1498⋅1498 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 212 mod 311

32: 14932=14916+16=14916⋅14916 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 160 mod 311

64: 14964=14932+32=14932⋅14932 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 98 mod 311

128: 149128=14964+64=14964⋅14964 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 274 mod 311

149151

= 149128+16+4+2+1

= 149128⋅14916⋅1494⋅1492⋅1491

274 ⋅ 212 ⋅ 94 ⋅ 120 ⋅ 149 mod 311
58088 ⋅ 94 ⋅ 120 ⋅ 149 mod 311 ≡ 242 ⋅ 94 ⋅ 120 ⋅ 149 mod 311
22748 ⋅ 120 ⋅ 149 mod 311 ≡ 45 ⋅ 120 ⋅ 149 mod 311
5400 ⋅ 149 mod 311 ≡ 113 ⋅ 149 mod 311
16837 mod 311 ≡ 43 mod 311

Es gilt also: 149151 ≡ 43 mod 311

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 46

=>67 = 1⋅46 + 21
=>46 = 2⋅21 + 4
=>21 = 5⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,46)=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= 21-5⋅4
4= 46-2⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -5⋅(46 -2⋅ 21)
= 1⋅21 -5⋅46 +10⋅ 21)
= -5⋅46 +11⋅ 21 (=1)
21= 67-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅46 +11⋅(67 -1⋅ 46)
= -5⋅46 +11⋅67 -11⋅ 46)
= 11⋅67 -16⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(67,46)=1 = 11⋅67 -16⋅46

oder wenn man 11⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅67 = -16⋅46

-16⋅46 = -11⋅67 + 1 |+67⋅46

-16⋅46 + 67⋅46 = -11⋅67 + 67⋅46 + 1

(-16 + 67) ⋅ 46 = (-11 + 46) ⋅ 67 + 1

51⋅46 = 35⋅67 + 1

Es gilt also: 51⋅46 = 35⋅67 +1

Somit 51⋅46 = 1 mod 67

51 ist also das Inverse von 46 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.