Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (118 - 5997) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(118 - 5997) mod 3 ≡ (118 mod 3 - 5997 mod 3) mod 3.

118 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 118 = 120-2 = 3 ⋅ 40 -2 = 3 ⋅ 40 - 3 + 1.

5997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5997 = 6000-3 = 3 ⋅ 2000 -3 = 3 ⋅ 2000 - 3 + 0.

Somit gilt:

(118 - 5997) mod 3 ≡ (1 - 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (97 ⋅ 73) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(97 ⋅ 73) mod 8 ≡ (97 mod 8 ⋅ 73 mod 8) mod 8.

97 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 96 + 1 = 12 ⋅ 8 + 1 ist.

73 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 9 ⋅ 8 + 1 ist.

Somit gilt:

(97 ⋅ 73) mod 8 ≡ (1 ⋅ 1) mod 8 ≡ 1 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20964 mod 509.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 209 -> x
2. mod(x²,509) -> 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: 2091=209

2: 2092=2091+1=2091⋅2091 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 416 mod 509

4: 2094=2092+2=2092⋅2092 ≡ 416⋅416=173056 ≡ 505 mod 509

8: 2098=2094+4=2094⋅2094 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 16 mod 509

16: 20916=2098+8=2098⋅2098 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 509

32: 20932=20916+16=20916⋅20916 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 384 mod 509

64: 20964=20932+32=20932⋅20932 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 355 mod 509

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 984233 mod 997.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 233 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 233 an und zerlegen 233 in eine Summer von 2er-Potenzen:

233 = 128+64+32+8+1

1: 9841=984

2: 9842=9841+1=9841⋅9841 ≡ 984⋅984=968256 ≡ 169 mod 997

4: 9844=9842+2=9842⋅9842 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 645 mod 997

8: 9848=9844+4=9844⋅9844 ≡ 645⋅645=416025 ≡ 276 mod 997

16: 98416=9848+8=9848⋅9848 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 404 mod 997

32: 98432=98416+16=98416⋅98416 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 705 mod 997

64: 98464=98432+32=98432⋅98432 ≡ 705⋅705=497025 ≡ 519 mod 997

128: 984128=98464+64=98464⋅98464 ≡ 519⋅519=269361 ≡ 171 mod 997

984233

= 984128+64+32+8+1

= 984128⋅98464⋅98432⋅9848⋅9841

171 ⋅ 519 ⋅ 705 ⋅ 276 ⋅ 984 mod 997
88749 ⋅ 705 ⋅ 276 ⋅ 984 mod 997 ≡ 16 ⋅ 705 ⋅ 276 ⋅ 984 mod 997
11280 ⋅ 276 ⋅ 984 mod 997 ≡ 313 ⋅ 276 ⋅ 984 mod 997
86388 ⋅ 984 mod 997 ≡ 646 ⋅ 984 mod 997
635664 mod 997 ≡ 575 mod 997

Es gilt also: 984233 ≡ 575 mod 997

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 = 61 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.