Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3599 + 2693) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3599 + 2693) mod 9 ≡ (3599 mod 9 + 2693 mod 9) mod 9.

3599 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3599 = 3600-1 = 9 ⋅ 400 -1 = 9 ⋅ 400 - 9 + 8.

2693 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2693 = 2700-7 = 9 ⋅ 300 -7 = 9 ⋅ 300 - 9 + 2.

Somit gilt:

(3599 + 2693) mod 9 ≡ (8 + 2) mod 9 ≡ 10 mod 9 ≡ 1 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (24 ⋅ 90) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24 ⋅ 90) mod 10 ≡ (24 mod 10 ⋅ 90 mod 10) mod 10.

24 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 20 + 4 = 2 ⋅ 10 + 4 ist.

90 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 90 + 0 = 9 ⋅ 10 + 0 ist.

Somit gilt:

(24 ⋅ 90) mod 10 ≡ (4 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 49732 mod 509.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 497 -> x
2. mod(x²,509) -> 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: 4971=497

2: 4972=4971+1=4971⋅4971 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 144 mod 509

4: 4974=4972+2=4972⋅4972 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 376 mod 509

8: 4978=4974+4=4974⋅4974 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 383 mod 509

16: 49716=4978+8=4978⋅4978 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 97 mod 509

32: 49732=49716+16=49716⋅49716 ≡ 97⋅97=9409 ≡ 247 mod 509

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 17587 mod 541.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 87 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 87 an und zerlegen 87 in eine Summer von 2er-Potenzen:

87 = 64+16+4+2+1

1: 1751=175

2: 1752=1751+1=1751⋅1751 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 329 mod 541

4: 1754=1752+2=1752⋅1752 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 41 mod 541

8: 1758=1754+4=1754⋅1754 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 58 mod 541

16: 17516=1758+8=1758⋅1758 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 118 mod 541

32: 17532=17516+16=17516⋅17516 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 399 mod 541

64: 17564=17532+32=17532⋅17532 ≡ 399⋅399=159201 ≡ 147 mod 541

17587

= 17564+16+4+2+1

= 17564⋅17516⋅1754⋅1752⋅1751

147 ⋅ 118 ⋅ 41 ⋅ 329 ⋅ 175 mod 541
17346 ⋅ 41 ⋅ 329 ⋅ 175 mod 541 ≡ 34 ⋅ 41 ⋅ 329 ⋅ 175 mod 541
1394 ⋅ 329 ⋅ 175 mod 541 ≡ 312 ⋅ 329 ⋅ 175 mod 541
102648 ⋅ 175 mod 541 ≡ 399 ⋅ 175 mod 541
69825 mod 541 ≡ 36 mod 541

Es gilt also: 17587 ≡ 36 mod 541

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 71.

Also bestimme x, so dass 71 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 71

=>89 = 1⋅71 + 18
=>71 = 3⋅18 + 17
=>18 = 1⋅17 + 1
=>17 = 17⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,71)=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= 18-1⋅17
17= 71-3⋅18 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅18 -1⋅(71 -3⋅ 18)
= 1⋅18 -1⋅71 +3⋅ 18)
= -1⋅71 +4⋅ 18 (=1)
18= 89-1⋅71 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅71 +4⋅(89 -1⋅ 71)
= -1⋅71 +4⋅89 -4⋅ 71)
= 4⋅89 -5⋅ 71 (=1)

Es gilt also: ggt(89,71)=1 = 4⋅89 -5⋅71

oder wenn man 4⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅89 = -5⋅71

-5⋅71 = -4⋅89 + 1 |+89⋅71

-5⋅71 + 89⋅71 = -4⋅89 + 89⋅71 + 1

(-5 + 89) ⋅ 71 = (-4 + 71) ⋅ 89 + 1

84⋅71 = 67⋅89 + 1

Es gilt also: 84⋅71 = 67⋅89 +1

Somit 84⋅71 = 1 mod 89

84 ist also das Inverse von 71 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.