Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36007 + 45003) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36007 + 45003) mod 9 ≡ (36007 mod 9 + 45003 mod 9) mod 9.

36007 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36007 = 36000+7 = 9 ⋅ 4000 +7.

45003 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45003 = 45000+3 = 9 ⋅ 5000 +3.

Somit gilt:

(36007 + 45003) mod 9 ≡ (7 + 3) mod 9 ≡ 10 mod 9 ≡ 1 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36 ⋅ 27) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36 ⋅ 27) mod 4 ≡ (36 mod 4 ⋅ 27 mod 4) mod 4.

36 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 36 + 0 = 9 ⋅ 4 + 0 ist.

27 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 24 + 3 = 6 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(36 ⋅ 27) mod 4 ≡ (0 ⋅ 3) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 67316 mod 911.

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. 673 -> x
2. mod(x²,911) -> 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: 6731=673

2: 6732=6731+1=6731⋅6731 ≡ 673⋅673=452929 ≡ 162 mod 911

4: 6734=6732+2=6732⋅6732 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 736 mod 911

8: 6738=6734+4=6734⋅6734 ≡ 736⋅736=541696 ≡ 562 mod 911

16: 67316=6738+8=6738⋅6738 ≡ 562⋅562=315844 ≡ 638 mod 911

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 569125 mod 983.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 125 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 125 an und zerlegen 125 in eine Summer von 2er-Potenzen:

125 = 64+32+16+8+4+1

1: 5691=569

2: 5692=5691+1=5691⋅5691 ≡ 569⋅569=323761 ≡ 354 mod 983

4: 5694=5692+2=5692⋅5692 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 475 mod 983

8: 5698=5694+4=5694⋅5694 ≡ 475⋅475=225625 ≡ 518 mod 983

16: 56916=5698+8=5698⋅5698 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 948 mod 983

32: 56932=56916+16=56916⋅56916 ≡ 948⋅948=898704 ≡ 242 mod 983

64: 56964=56932+32=56932⋅56932 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 567 mod 983

569125

= 56964+32+16+8+4+1

= 56964⋅56932⋅56916⋅5698⋅5694⋅5691

567 ⋅ 242 ⋅ 948 ⋅ 518 ⋅ 475 ⋅ 569 mod 983
137214 ⋅ 948 ⋅ 518 ⋅ 475 ⋅ 569 mod 983 ≡ 577 ⋅ 948 ⋅ 518 ⋅ 475 ⋅ 569 mod 983
546996 ⋅ 518 ⋅ 475 ⋅ 569 mod 983 ≡ 448 ⋅ 518 ⋅ 475 ⋅ 569 mod 983
232064 ⋅ 475 ⋅ 569 mod 983 ≡ 76 ⋅ 475 ⋅ 569 mod 983
36100 ⋅ 569 mod 983 ≡ 712 ⋅ 569 mod 983
405128 mod 983 ≡ 132 mod 983

Es gilt also: 569125 ≡ 132 mod 983

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 47

=>59 = 1⋅47 + 12
=>47 = 3⋅12 + 11
=>12 = 1⋅11 + 1
=>11 = 11⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,47)=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= 12-1⋅11
11= 47-3⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅12 -1⋅(47 -3⋅ 12)
= 1⋅12 -1⋅47 +3⋅ 12)
= -1⋅47 +4⋅ 12 (=1)
12= 59-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅47 +4⋅(59 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +4⋅59 -4⋅ 47)
= 4⋅59 -5⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(59,47)=1 = 4⋅59 -5⋅47

oder wenn man 4⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅59 = -5⋅47

-5⋅47 = -4⋅59 + 1 |+59⋅47

-5⋅47 + 59⋅47 = -4⋅59 + 59⋅47 + 1

(-5 + 59) ⋅ 47 = (-4 + 47) ⋅ 59 + 1

54⋅47 = 43⋅59 + 1

Es gilt also: 54⋅47 = 43⋅59 +1

Somit 54⋅47 = 1 mod 59

54 ist also das Inverse von 47 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.