Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (14999 - 9000) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(14999 - 9000) mod 3 ≡ (14999 mod 3 - 9000 mod 3) mod 3.

14999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14999 = 15000-1 = 3 ⋅ 5000 -1 = 3 ⋅ 5000 - 3 + 2.

9000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9000 = 9000+0 = 3 ⋅ 3000 +0.

Somit gilt:

(14999 - 9000) mod 3 ≡ (2 - 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (86 ⋅ 54) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(86 ⋅ 54) mod 10 ≡ (86 mod 10 ⋅ 54 mod 10) mod 10.

86 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 86 = 80 + 6 = 8 ⋅ 10 + 6 ist.

54 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 50 + 4 = 5 ⋅ 10 + 4 ist.

Somit gilt:

(86 ⋅ 54) mod 10 ≡ (6 ⋅ 4) mod 10 ≡ 24 mod 10 ≡ 4 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 7528 mod 859.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 752 -> x
2. mod(x²,859) -> 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: 7521=752

2: 7522=7521+1=7521⋅7521 ≡ 752⋅752=565504 ≡ 282 mod 859

4: 7524=7522+2=7522⋅7522 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 496 mod 859

8: 7528=7524+4=7524⋅7524 ≡ 496⋅496=246016 ≡ 342 mod 859

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 40093 mod 877.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 93 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 93 an und zerlegen 93 in eine Summer von 2er-Potenzen:

93 = 64+16+8+4+1

1: 4001=400

2: 4002=4001+1=4001⋅4001 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 386 mod 877

4: 4004=4002+2=4002⋅4002 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 783 mod 877

8: 4008=4004+4=4004⋅4004 ≡ 783⋅783=613089 ≡ 66 mod 877

16: 40016=4008+8=4008⋅4008 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 848 mod 877

32: 40032=40016+16=40016⋅40016 ≡ 848⋅848=719104 ≡ 841 mod 877

64: 40064=40032+32=40032⋅40032 ≡ 841⋅841=707281 ≡ 419 mod 877

40093

= 40064+16+8+4+1

= 40064⋅40016⋅4008⋅4004⋅4001

419 ⋅ 848 ⋅ 66 ⋅ 783 ⋅ 400 mod 877
355312 ⋅ 66 ⋅ 783 ⋅ 400 mod 877 ≡ 127 ⋅ 66 ⋅ 783 ⋅ 400 mod 877
8382 ⋅ 783 ⋅ 400 mod 877 ≡ 489 ⋅ 783 ⋅ 400 mod 877
382887 ⋅ 400 mod 877 ≡ 515 ⋅ 400 mod 877
206000 mod 877 ≡ 782 mod 877

Es gilt also: 40093 ≡ 782 mod 877

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 51.

Also bestimme x, so dass 51 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 51

=>67 = 1⋅51 + 16
=>51 = 3⋅16 + 3
=>16 = 5⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,51)=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= 16-5⋅3
3= 51-3⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -5⋅(51 -3⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅51 +15⋅ 16)
= -5⋅51 +16⋅ 16 (=1)
16= 67-1⋅51 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅51 +16⋅(67 -1⋅ 51)
= -5⋅51 +16⋅67 -16⋅ 51)
= 16⋅67 -21⋅ 51 (=1)

Es gilt also: ggt(67,51)=1 = 16⋅67 -21⋅51

oder wenn man 16⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -16⋅67 = -21⋅51

-21⋅51 = -16⋅67 + 1 |+67⋅51

-21⋅51 + 67⋅51 = -16⋅67 + 67⋅51 + 1

(-21 + 67) ⋅ 51 = (-16 + 51) ⋅ 67 + 1

46⋅51 = 35⋅67 + 1

Es gilt also: 46⋅51 = 35⋅67 +1

Somit 46⋅51 = 1 mod 67

46 ist also das Inverse von 51 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.