Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (8998 + 903) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(8998 + 903) mod 3 ≡ (8998 mod 3 + 903 mod 3) mod 3.

8998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8998 = 9000-2 = 3 ⋅ 3000 -2 = 3 ⋅ 3000 - 3 + 1.

903 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 903 = 900+3 = 3 ⋅ 300 +3.

Somit gilt:

(8998 + 903) mod 3 ≡ (1 + 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (85 ⋅ 68) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(85 ⋅ 68) mod 8 ≡ (85 mod 8 ⋅ 68 mod 8) mod 8.

85 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 80 + 5 = 10 ⋅ 8 + 5 ist.

68 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 64 + 4 = 8 ⋅ 8 + 4 ist.

Somit gilt:

(85 ⋅ 68) mod 8 ≡ (5 ⋅ 4) mod 8 ≡ 20 mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 61364 mod 967.

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(x²,967) -> 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 ≡ 573 mod 967

4: 6134=6132+2=6132⋅6132 ≡ 573⋅573=328329 ≡ 516 mod 967

8: 6138=6134+4=6134⋅6134 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 331 mod 967

16: 61316=6138+8=6138⋅6138 ≡ 331⋅331=109561 ≡ 290 mod 967

32: 61332=61316+16=61316⋅61316 ≡ 290⋅290=84100 ≡ 938 mod 967

64: 61364=61332+32=61332⋅61332 ≡ 938⋅938=879844 ≡ 841 mod 967

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 156122 mod 263.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 122 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 122 an und zerlegen 122 in eine Summer von 2er-Potenzen:

122 = 64+32+16+8+2

1: 1561=156

2: 1562=1561+1=1561⋅1561 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 140 mod 263

4: 1564=1562+2=1562⋅1562 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 138 mod 263

8: 1568=1564+4=1564⋅1564 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 108 mod 263

16: 15616=1568+8=1568⋅1568 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 92 mod 263

32: 15632=15616+16=15616⋅15616 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 48 mod 263

64: 15664=15632+32=15632⋅15632 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 200 mod 263

156122

= 15664+32+16+8+2

= 15664⋅15632⋅15616⋅1568⋅1562

200 ⋅ 48 ⋅ 92 ⋅ 108 ⋅ 140 mod 263
9600 ⋅ 92 ⋅ 108 ⋅ 140 mod 263 ≡ 132 ⋅ 92 ⋅ 108 ⋅ 140 mod 263
12144 ⋅ 108 ⋅ 140 mod 263 ≡ 46 ⋅ 108 ⋅ 140 mod 263
4968 ⋅ 140 mod 263 ≡ 234 ⋅ 140 mod 263
32760 mod 263 ≡ 148 mod 263

Es gilt also: 156122 ≡ 148 mod 263

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 30.

Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 30

=>53 = 1⋅30 + 23
=>30 = 1⋅23 + 7
=>23 = 3⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,30)=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= 7-3⋅2
2= 23-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(23 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅23 +9⋅ 7)
= -3⋅23 +10⋅ 7 (=1)
7= 30-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +10⋅(30 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +10⋅30 -10⋅ 23)
= 10⋅30 -13⋅ 23 (=1)
23= 53-1⋅30 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 10⋅30 -13⋅(53 -1⋅ 30)
= 10⋅30 -13⋅53 +13⋅ 30)
= -13⋅53 +23⋅ 30 (=1)

Es gilt also: ggt(53,30)=1 = -13⋅53 +23⋅30

oder wenn man -13⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅53 = +23⋅30

Es gilt also: 23⋅30 = 13⋅53 +1

Somit 23⋅30 = 1 mod 53

23 ist also das Inverse von 30 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.