Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20005 - 1998) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20005 - 1998) mod 5 ≡ (20005 mod 5 - 1998 mod 5) mod 5.

20005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20005 = 20000+5 = 5 ⋅ 4000 +5.

1998 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1998 = 1900+98 = 5 ⋅ 380 +98.

Somit gilt:

(20005 - 1998) mod 5 ≡ (0 - 3) mod 5 ≡ -3 mod 5 ≡ 2 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (89 ⋅ 50) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(89 ⋅ 50) mod 10 ≡ (89 mod 10 ⋅ 50 mod 10) mod 10.

89 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 80 + 9 = 8 ⋅ 10 + 9 ist.

50 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 50 + 0 = 5 ⋅ 10 + 0 ist.

Somit gilt:

(89 ⋅ 50) mod 10 ≡ (9 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 19116 mod 593.

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. 191 -> x
2. mod(x²,593) -> 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: 1911=191

2: 1912=1911+1=1911⋅1911 ≡ 191⋅191=36481 ≡ 308 mod 593

4: 1914=1912+2=1912⋅1912 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 577 mod 593

8: 1918=1914+4=1914⋅1914 ≡ 577⋅577=332929 ≡ 256 mod 593

16: 19116=1918+8=1918⋅1918 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 306 mod 593

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 458125 mod 499.

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: 4581=458

2: 4582=4581+1=4581⋅4581 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 184 mod 499

4: 4584=4582+2=4582⋅4582 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 423 mod 499

8: 4588=4584+4=4584⋅4584 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 287 mod 499

16: 45816=4588+8=4588⋅4588 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 34 mod 499

32: 45832=45816+16=45816⋅45816 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 158 mod 499

64: 45864=45832+32=45832⋅45832 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 14 mod 499

458125

= 45864+32+16+8+4+1

= 45864⋅45832⋅45816⋅4588⋅4584⋅4581

14 ⋅ 158 ⋅ 34 ⋅ 287 ⋅ 423 ⋅ 458 mod 499
2212 ⋅ 34 ⋅ 287 ⋅ 423 ⋅ 458 mod 499 ≡ 216 ⋅ 34 ⋅ 287 ⋅ 423 ⋅ 458 mod 499
7344 ⋅ 287 ⋅ 423 ⋅ 458 mod 499 ≡ 358 ⋅ 287 ⋅ 423 ⋅ 458 mod 499
102746 ⋅ 423 ⋅ 458 mod 499 ≡ 451 ⋅ 423 ⋅ 458 mod 499
190773 ⋅ 458 mod 499 ≡ 155 ⋅ 458 mod 499
70990 mod 499 ≡ 132 mod 499

Es gilt also: 458125 ≡ 132 mod 499

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 39.

Also bestimme x, so dass 39 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 39

=>89 = 2⋅39 + 11
=>39 = 3⋅11 + 6
=>11 = 1⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,39)=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= 6-1⋅5
5= 11-1⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(11 -1⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅11 +1⋅ 6)
= -1⋅11 +2⋅ 6 (=1)
6= 39-3⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅11 +2⋅(39 -3⋅ 11)
= -1⋅11 +2⋅39 -6⋅ 11)
= 2⋅39 -7⋅ 11 (=1)
11= 89-2⋅39 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅39 -7⋅(89 -2⋅ 39)
= 2⋅39 -7⋅89 +14⋅ 39)
= -7⋅89 +16⋅ 39 (=1)

Es gilt also: ggt(89,39)=1 = -7⋅89 +16⋅39

oder wenn man -7⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅89 = +16⋅39

Es gilt also: 16⋅39 = 7⋅89 +1

Somit 16⋅39 = 1 mod 89

16 ist also das Inverse von 39 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.