Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (27000 + 188) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(27000 + 188) mod 9 ≡ (27000 mod 9 + 188 mod 9) mod 9.

27000 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27000 = 27000+0 = 9 ⋅ 3000 +0.

188 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 188 = 180+8 = 9 ⋅ 20 +8.

Somit gilt:

(27000 + 188) mod 9 ≡ (0 + 8) mod 9 ≡ 8 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 58) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(23 ⋅ 58) mod 5 ≡ (23 mod 5 ⋅ 58 mod 5) mod 5.

23 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 20 + 3 = 4 ⋅ 5 + 3 ist.

58 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 55 + 3 = 11 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(23 ⋅ 58) mod 5 ≡ (3 ⋅ 3) mod 5 ≡ 9 mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 29116 mod 647.

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. 291 -> x
2. mod(x²,647) -> 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: 2911=291

2: 2912=2911+1=2911⋅2911 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 571 mod 647

4: 2914=2912+2=2912⋅2912 ≡ 571⋅571=326041 ≡ 600 mod 647

8: 2918=2914+4=2914⋅2914 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 268 mod 647

16: 29116=2918+8=2918⋅2918 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 7 mod 647

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 302187 mod 709.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 187 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 187 an und zerlegen 187 in eine Summer von 2er-Potenzen:

187 = 128+32+16+8+2+1

1: 3021=302

2: 3022=3021+1=3021⋅3021 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 452 mod 709

4: 3024=3022+2=3022⋅3022 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 112 mod 709

8: 3028=3024+4=3024⋅3024 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 491 mod 709

16: 30216=3028+8=3028⋅3028 ≡ 491⋅491=241081 ≡ 21 mod 709

32: 30232=30216+16=30216⋅30216 ≡ 21⋅21=441 ≡ 441 mod 709

64: 30264=30232+32=30232⋅30232 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 215 mod 709

128: 302128=30264+64=30264⋅30264 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 140 mod 709

302187

= 302128+32+16+8+2+1

= 302128⋅30232⋅30216⋅3028⋅3022⋅3021

140 ⋅ 441 ⋅ 21 ⋅ 491 ⋅ 452 ⋅ 302 mod 709
61740 ⋅ 21 ⋅ 491 ⋅ 452 ⋅ 302 mod 709 ≡ 57 ⋅ 21 ⋅ 491 ⋅ 452 ⋅ 302 mod 709
1197 ⋅ 491 ⋅ 452 ⋅ 302 mod 709 ≡ 488 ⋅ 491 ⋅ 452 ⋅ 302 mod 709
239608 ⋅ 452 ⋅ 302 mod 709 ≡ 675 ⋅ 452 ⋅ 302 mod 709
305100 ⋅ 302 mod 709 ≡ 230 ⋅ 302 mod 709
69460 mod 709 ≡ 687 mod 709

Es gilt also: 302187 ≡ 687 mod 709

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 41.

Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 41

=>101 = 2⋅41 + 19
=>41 = 2⋅19 + 3
=>19 = 6⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,41)=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= 19-6⋅3
3= 41-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅19 -6⋅(41 -2⋅ 19)
= 1⋅19 -6⋅41 +12⋅ 19)
= -6⋅41 +13⋅ 19 (=1)
19= 101-2⋅41 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅41 +13⋅(101 -2⋅ 41)
= -6⋅41 +13⋅101 -26⋅ 41)
= 13⋅101 -32⋅ 41 (=1)

Es gilt also: ggt(101,41)=1 = 13⋅101 -32⋅41

oder wenn man 13⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅101 = -32⋅41

-32⋅41 = -13⋅101 + 1 |+101⋅41

-32⋅41 + 101⋅41 = -13⋅101 + 101⋅41 + 1

(-32 + 101) ⋅ 41 = (-13 + 41) ⋅ 101 + 1

69⋅41 = 28⋅101 + 1

Es gilt also: 69⋅41 = 28⋅101 +1

Somit 69⋅41 = 1 mod 101

69 ist also das Inverse von 41 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.