Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (459 - 36007) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(459 - 36007) mod 9 ≡ (459 mod 9 - 36007 mod 9) mod 9.

459 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 459 = 450+9 = 9 ⋅ 50 +9.

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

Somit gilt:

(459 - 36007) mod 9 ≡ (0 - 7) mod 9 ≡ -7 mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 89) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(53 ⋅ 89) mod 11 ≡ (53 mod 11 ⋅ 89 mod 11) mod 11.

53 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 44 + 9 = 4 ⋅ 11 + 9 ist.

89 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 88 + 1 = 8 ⋅ 11 + 1 ist.

Somit gilt:

(53 ⋅ 89) mod 11 ≡ (9 ⋅ 1) mod 11 ≡ 9 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 84016 mod 853.

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. 840 -> x
2. mod(x²,853) -> 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: 8401=840

2: 8402=8401+1=8401⋅8401 ≡ 840⋅840=705600 ≡ 169 mod 853

4: 8404=8402+2=8402⋅8402 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 412 mod 853

8: 8408=8404+4=8404⋅8404 ≡ 412⋅412=169744 ≡ 850 mod 853

16: 84016=8408+8=8408⋅8408 ≡ 850⋅850=722500 ≡ 9 mod 853

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 283186 mod 461.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 186 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 186 an und zerlegen 186 in eine Summer von 2er-Potenzen:

186 = 128+32+16+8+2

1: 2831=283

2: 2832=2831+1=2831⋅2831 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 336 mod 461

4: 2834=2832+2=2832⋅2832 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 412 mod 461

8: 2838=2834+4=2834⋅2834 ≡ 412⋅412=169744 ≡ 96 mod 461

16: 28316=2838+8=2838⋅2838 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 457 mod 461

32: 28332=28316+16=28316⋅28316 ≡ 457⋅457=208849 ≡ 16 mod 461

64: 28364=28332+32=28332⋅28332 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 461

128: 283128=28364+64=28364⋅28364 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 74 mod 461

283186

= 283128+32+16+8+2

= 283128⋅28332⋅28316⋅2838⋅2832

74 ⋅ 16 ⋅ 457 ⋅ 96 ⋅ 336 mod 461
1184 ⋅ 457 ⋅ 96 ⋅ 336 mod 461 ≡ 262 ⋅ 457 ⋅ 96 ⋅ 336 mod 461
119734 ⋅ 96 ⋅ 336 mod 461 ≡ 335 ⋅ 96 ⋅ 336 mod 461
32160 ⋅ 336 mod 461 ≡ 351 ⋅ 336 mod 461
117936 mod 461 ≡ 381 mod 461

Es gilt also: 283186 ≡ 381 mod 461

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 51.

Also bestimme x, so dass 51 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 51

=>73 = 1⋅51 + 22
=>51 = 2⋅22 + 7
=>22 = 3⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,51)=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= 22-3⋅7
7= 51-2⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅22 -3⋅(51 -2⋅ 22)
= 1⋅22 -3⋅51 +6⋅ 22)
= -3⋅51 +7⋅ 22 (=1)
22= 73-1⋅51 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅51 +7⋅(73 -1⋅ 51)
= -3⋅51 +7⋅73 -7⋅ 51)
= 7⋅73 -10⋅ 51 (=1)

Es gilt also: ggt(73,51)=1 = 7⋅73 -10⋅51

oder wenn man 7⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅73 = -10⋅51

-10⋅51 = -7⋅73 + 1 |+73⋅51

-10⋅51 + 73⋅51 = -7⋅73 + 73⋅51 + 1

(-10 + 73) ⋅ 51 = (-7 + 51) ⋅ 73 + 1

63⋅51 = 44⋅73 + 1

Es gilt also: 63⋅51 = 44⋅73 +1

Somit 63⋅51 = 1 mod 73

63 ist also das Inverse von 51 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.