Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (17993 - 1799) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(17993 - 1799) mod 9 ≡ (17993 mod 9 - 1799 mod 9) mod 9.

17993 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17993 = 18000-7 = 9 ⋅ 2000 -7 = 9 ⋅ 2000 - 9 + 2.

1799 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1799 = 1800-1 = 9 ⋅ 200 -1 = 9 ⋅ 200 - 9 + 8.

Somit gilt:

(17993 - 1799) mod 9 ≡ (2 - 8) mod 9 ≡ -6 mod 9 ≡ 3 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 25) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 25) mod 11 ≡ (21 mod 11 ⋅ 25 mod 11) mod 11.

21 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 11 + 10 = 1 ⋅ 11 + 10 ist.

25 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 22 + 3 = 2 ⋅ 11 + 3 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 25) mod 11 ≡ (10 ⋅ 3) mod 11 ≡ 30 mod 11 ≡ 8 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 5058 mod 593.

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. 505 -> x
2. mod(x²,593) -> 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: 5051=505

2: 5052=5051+1=5051⋅5051 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 35 mod 593

4: 5054=5052+2=5052⋅5052 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 39 mod 593

8: 5058=5054+4=5054⋅5054 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 335 mod 593

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 44491 mod 823.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 91 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 91 an und zerlegen 91 in eine Summer von 2er-Potenzen:

91 = 64+16+8+2+1

1: 4441=444

2: 4442=4441+1=4441⋅4441 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 439 mod 823

4: 4444=4442+2=4442⋅4442 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 139 mod 823

8: 4448=4444+4=4444⋅4444 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 392 mod 823

16: 44416=4448+8=4448⋅4448 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 586 mod 823

32: 44432=44416+16=44416⋅44416 ≡ 586⋅586=343396 ≡ 205 mod 823

64: 44464=44432+32=44432⋅44432 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 52 mod 823

44491

= 44464+16+8+2+1

= 44464⋅44416⋅4448⋅4442⋅4441

52 ⋅ 586 ⋅ 392 ⋅ 439 ⋅ 444 mod 823
30472 ⋅ 392 ⋅ 439 ⋅ 444 mod 823 ≡ 21 ⋅ 392 ⋅ 439 ⋅ 444 mod 823
8232 ⋅ 439 ⋅ 444 mod 823 ≡ 2 ⋅ 439 ⋅ 444 mod 823
878 ⋅ 444 mod 823 ≡ 55 ⋅ 444 mod 823
24420 mod 823 ≡ 553 mod 823

Es gilt also: 44491 ≡ 553 mod 823

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 36.

Also bestimme x, so dass 36 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 36

=>53 = 1⋅36 + 17
=>36 = 2⋅17 + 2
=>17 = 8⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,36)=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= 17-8⋅2
2= 36-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17)
= -8⋅36 +17⋅ 17 (=1)
17= 53-1⋅36 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -8⋅36 +17⋅(53 -1⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅53 -17⋅ 36)
= 17⋅53 -25⋅ 36 (=1)

Es gilt also: ggt(53,36)=1 = 17⋅53 -25⋅36

oder wenn man 17⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅53 = -25⋅36

-25⋅36 = -17⋅53 + 1 |+53⋅36

-25⋅36 + 53⋅36 = -17⋅53 + 53⋅36 + 1

(-25 + 53) ⋅ 36 = (-17 + 36) ⋅ 53 + 1

28⋅36 = 19⋅53 + 1

Es gilt also: 28⋅36 = 19⋅53 +1

Somit 28⋅36 = 1 mod 53

28 ist also das Inverse von 36 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.