Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20000 - 152) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20000 - 152) mod 5 ≡ (20000 mod 5 - 152 mod 5) mod 5.

20000 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20000 = 20000+0 = 5 ⋅ 4000 +0.

152 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 152 = 150+2 = 5 ⋅ 30 +2.

Somit gilt:

(20000 - 152) mod 5 ≡ (0 - 2) mod 5 ≡ -2 mod 5 ≡ 3 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 38) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(87 ⋅ 38) mod 9 ≡ (87 mod 9 ⋅ 38 mod 9) mod 9.

87 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 81 + 6 = 9 ⋅ 9 + 6 ist.

38 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 4 ⋅ 9 + 2 ist.

Somit gilt:

(87 ⋅ 38) mod 9 ≡ (6 ⋅ 2) mod 9 ≡ 12 mod 9 ≡ 3 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 25416 mod 521.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 254 -> x
2. mod(x²,521) -> 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: 2541=254

2: 2542=2541+1=2541⋅2541 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 433 mod 521

4: 2544=2542+2=2542⋅2542 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 450 mod 521

8: 2548=2544+4=2544⋅2544 ≡ 450⋅450=202500 ≡ 352 mod 521

16: 25416=2548+8=2548⋅2548 ≡ 352⋅352=123904 ≡ 427 mod 521

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 241166 mod 307.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 166 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 166 an und zerlegen 166 in eine Summer von 2er-Potenzen:

166 = 128+32+4+2

1: 2411=241

2: 2412=2411+1=2411⋅2411 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 58 mod 307

4: 2414=2412+2=2412⋅2412 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 294 mod 307

8: 2418=2414+4=2414⋅2414 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 169 mod 307

16: 24116=2418+8=2418⋅2418 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 10 mod 307

32: 24132=24116+16=24116⋅24116 ≡ 10⋅10=100 ≡ 100 mod 307

64: 24164=24132+32=24132⋅24132 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 176 mod 307

128: 241128=24164+64=24164⋅24164 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 276 mod 307

241166

= 241128+32+4+2

= 241128⋅24132⋅2414⋅2412

≡ 276 ⋅ 100 ⋅ 294 ⋅ 58 mod 307
≡ 27600 ⋅ 294 ⋅ 58 mod 307 ≡ 277 ⋅ 294 ⋅ 58 mod 307
≡ 81438 ⋅ 58 mod 307 ≡ 83 ⋅ 58 mod 307
≡ 4814 mod 307 ≡ 209 mod 307

Es gilt also: 241166 ≡ 209 mod 307

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 69.

Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 69

=>97 = 1⋅69 + 28
=>69 = 2⋅28 + 13
=>28 = 2⋅13 + 2
=>13 = 6⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,69)=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= 13-6⋅2
2= 28-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -6⋅(28 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -6⋅28 +12⋅ 13)
= -6⋅28 +13⋅ 13 (=1)
13= 69-2⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅28 +13⋅(69 -2⋅ 28)
= -6⋅28 +13⋅69 -26⋅ 28)
= 13⋅69 -32⋅ 28 (=1)
28= 97-1⋅69 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅69 -32⋅(97 -1⋅ 69)
= 13⋅69 -32⋅97 +32⋅ 69)
= -32⋅97 +45⋅ 69 (=1)

Es gilt also: ggt(97,69)=1 = -32⋅97 +45⋅69

oder wenn man -32⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +32⋅97 = +45⋅69

Es gilt also: 45⋅69 = 32⋅97 +1

Somit 45⋅69 = 1 mod 97

45 ist also das Inverse von 69 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.