Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1800 - 2693) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1800 - 2693) mod 9 ≡ (1800 mod 9 - 2693 mod 9) mod 9.

1800 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1800 = 1800+0 = 9 ⋅ 200 +0.

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:

(1800 - 2693) mod 9 ≡ (0 - 2) mod 9 ≡ -2 mod 9 ≡ 7 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (57 ⋅ 67) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(57 ⋅ 67) mod 11 ≡ (57 mod 11 ⋅ 67 mod 11) mod 11.

57 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 55 + 2 = 5 ⋅ 11 + 2 ist.

67 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 66 + 1 = 6 ⋅ 11 + 1 ist.

Somit gilt:

(57 ⋅ 67) mod 11 ≡ (2 ⋅ 1) mod 11 ≡ 2 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 38416 mod 593.

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. 384 -> 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: 3841=384

2: 3842=3841+1=3841⋅3841 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 392 mod 593

4: 3844=3842+2=3842⋅3842 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 77 mod 593

8: 3848=3844+4=3844⋅3844 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 592 mod 593

16: 38416=3848+8=3848⋅3848 ≡ 592⋅592=350464 ≡ 1 mod 593

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 115166 mod 229.

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: 1151=115

2: 1152=1151+1=1151⋅1151 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 172 mod 229

4: 1154=1152+2=1152⋅1152 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 43 mod 229

8: 1158=1154+4=1154⋅1154 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 17 mod 229

16: 11516=1158+8=1158⋅1158 ≡ 17⋅17=289 ≡ 60 mod 229

32: 11532=11516+16=11516⋅11516 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 165 mod 229

64: 11564=11532+32=11532⋅11532 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 203 mod 229

128: 115128=11564+64=11564⋅11564 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 218 mod 229

115166

= 115128+32+4+2

= 115128⋅11532⋅1154⋅1152

218 ⋅ 165 ⋅ 43 ⋅ 172 mod 229
35970 ⋅ 43 ⋅ 172 mod 229 ≡ 17 ⋅ 43 ⋅ 172 mod 229
731 ⋅ 172 mod 229 ≡ 44 ⋅ 172 mod 229
7568 mod 229 ≡ 11 mod 229

Es gilt also: 115166 ≡ 11 mod 229

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 42

=>89 = 2⋅42 + 5
=>42 = 8⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,42)=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= 5-2⋅2
2= 42-8⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(42 -8⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅42 +16⋅ 5)
= -2⋅42 +17⋅ 5 (=1)
5= 89-2⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅42 +17⋅(89 -2⋅ 42)
= -2⋅42 +17⋅89 -34⋅ 42)
= 17⋅89 -36⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(89,42)=1 = 17⋅89 -36⋅42

oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅89 = -36⋅42

-36⋅42 = -17⋅89 + 1 |+89⋅42

-36⋅42 + 89⋅42 = -17⋅89 + 89⋅42 + 1

(-36 + 89) ⋅ 42 = (-17 + 42) ⋅ 89 + 1

53⋅42 = 25⋅89 + 1

Es gilt also: 53⋅42 = 25⋅89 +1

Somit 53⋅42 = 1 mod 89

53 ist also das Inverse von 42 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.