Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2800 + 2099) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2800 + 2099) mod 7 ≡ (2800 mod 7 + 2099 mod 7) mod 7.

2800 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2800 = 2800+0 = 7 ⋅ 400 +0.

2099 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2099 = 2100-1 = 7 ⋅ 300 -1 = 7 ⋅ 300 - 7 + 6.

Somit gilt:

(2800 + 2099) mod 7 ≡ (0 + 6) mod 7 ≡ 6 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (44 ⋅ 88) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(44 ⋅ 88) mod 10 ≡ (44 mod 10 ⋅ 88 mod 10) mod 10.

44 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 40 + 4 = 4 ⋅ 10 + 4 ist.

88 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 80 + 8 = 8 ⋅ 10 + 8 ist.

Somit gilt:

(44 ⋅ 88) mod 10 ≡ (4 ⋅ 8) mod 10 ≡ 32 mod 10 ≡ 2 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 18216 mod 359.

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. 182 -> x
2. mod(x²,359) -> 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: 1821=182

2: 1822=1821+1=1821⋅1821 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 96 mod 359

4: 1824=1822+2=1822⋅1822 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 241 mod 359

8: 1828=1824+4=1824⋅1824 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 282 mod 359

16: 18216=1828+8=1828⋅1828 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 185 mod 359

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 351179 mod 523.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 179 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 179 an und zerlegen 179 in eine Summer von 2er-Potenzen:

179 = 128+32+16+2+1

1: 3511=351

2: 3512=3511+1=3511⋅3511 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 296 mod 523

4: 3514=3512+2=3512⋅3512 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 275 mod 523

8: 3518=3514+4=3514⋅3514 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 313 mod 523

16: 35116=3518+8=3518⋅3518 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 168 mod 523

32: 35132=35116+16=35116⋅35116 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 505 mod 523

64: 35164=35132+32=35132⋅35132 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 324 mod 523

128: 351128=35164+64=35164⋅35164 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 376 mod 523

351179

= 351128+32+16+2+1

= 351128⋅35132⋅35116⋅3512⋅3511

≡ 376 ⋅ 505 ⋅ 168 ⋅ 296 ⋅ 351 mod 523
≡ 189880 ⋅ 168 ⋅ 296 ⋅ 351 mod 523 ≡ 31 ⋅ 168 ⋅ 296 ⋅ 351 mod 523
≡ 5208 ⋅ 296 ⋅ 351 mod 523 ≡ 501 ⋅ 296 ⋅ 351 mod 523
≡ 148296 ⋅ 351 mod 523 ≡ 287 ⋅ 351 mod 523
≡ 100737 mod 523 ≡ 321 mod 523

Es gilt also: 351179 ≡ 321 mod 523

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 45.

Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 45

=>83 = 1⋅45 + 38
=>45 = 1⋅38 + 7
=>38 = 5⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,45)=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= 7-2⋅3
3= 38-5⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(38 -5⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅38 +10⋅ 7)
= -2⋅38 +11⋅ 7 (=1)
7= 45-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅38 +11⋅(45 -1⋅ 38)
= -2⋅38 +11⋅45 -11⋅ 38)
= 11⋅45 -13⋅ 38 (=1)
38= 83-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 11⋅45 -13⋅(83 -1⋅ 45)
= 11⋅45 -13⋅83 +13⋅ 45)
= -13⋅83 +24⋅ 45 (=1)

Es gilt also: ggt(83,45)=1 = -13⋅83 +24⋅45

oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅83 = +24⋅45

Es gilt also: 24⋅45 = 13⋅83 +1

Somit 24⋅45 = 1 mod 83

24 ist also das Inverse von 45 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.