Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (999 + 4999) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(999 + 4999) mod 5 ≡ (999 mod 5 + 4999 mod 5) mod 5.

999 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 999 = 900+99 = 5 ⋅ 180 +99.

4999 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4999 = 4000+999 = 5 ⋅ 800 +999.

Somit gilt:

(999 + 4999) mod 5 ≡ (4 + 4) mod 5 ≡ 8 mod 5 ≡ 3 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (91 ⋅ 28) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(91 ⋅ 28) mod 10 ≡ (91 mod 10 ⋅ 28 mod 10) mod 10.

91 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 9 ⋅ 10 + 1 ist.

28 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 20 + 8 = 2 ⋅ 10 + 8 ist.

Somit gilt:

(91 ⋅ 28) mod 10 ≡ (1 ⋅ 8) mod 10 ≡ 8 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 43316 mod 967.

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. 433 -> x
2. mod(x²,967) -> 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: 4331=433

2: 4332=4331+1=4331⋅4331 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 858 mod 967

4: 4334=4332+2=4332⋅4332 ≡ 858⋅858=736164 ≡ 277 mod 967

8: 4338=4334+4=4334⋅4334 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 336 mod 967

16: 43316=4338+8=4338⋅4338 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 724 mod 967

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 134220 mod 229.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 220 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 220 an und zerlegen 220 in eine Summer von 2er-Potenzen:

220 = 128+64+16+8+4

1: 1341=134

2: 1342=1341+1=1341⋅1341 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 94 mod 229

4: 1344=1342+2=1342⋅1342 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 134 mod 229

8: 1348=1344+4=1344⋅1344 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 94 mod 229

16: 13416=1348+8=1348⋅1348 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 134 mod 229

32: 13432=13416+16=13416⋅13416 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 94 mod 229

64: 13464=13432+32=13432⋅13432 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 134 mod 229

128: 134128=13464+64=13464⋅13464 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 94 mod 229

134220

= 134128+64+16+8+4

= 134128⋅13464⋅13416⋅1348⋅1344

≡ 94 ⋅ 134 ⋅ 134 ⋅ 94 ⋅ 134 mod 229
≡ 12596 ⋅ 134 ⋅ 94 ⋅ 134 mod 229 ≡ 1 ⋅ 134 ⋅ 94 ⋅ 134 mod 229
≡ 134 ⋅ 94 ⋅ 134 mod 229
≡ 12596 ⋅ 134 mod 229 ≡ 1 ⋅ 134 mod 229
≡ 134 mod 229

Es gilt also: 134220 ≡ 134 mod 229

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 28.

Also bestimme x, so dass 28 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 28

=>53 = 1⋅28 + 25
=>28 = 1⋅25 + 3
=>25 = 8⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,28)=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= 25-8⋅3
3= 28-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅25 -8⋅(28 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -8⋅28 +8⋅ 25)
= -8⋅28 +9⋅ 25 (=1)
25= 53-1⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -8⋅28 +9⋅(53 -1⋅ 28)
= -8⋅28 +9⋅53 -9⋅ 28)
= 9⋅53 -17⋅ 28 (=1)

Es gilt also: ggt(53,28)=1 = 9⋅53 -17⋅28

oder wenn man 9⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅53 = -17⋅28

-17⋅28 = -9⋅53 + 1 |+53⋅28

-17⋅28 + 53⋅28 = -9⋅53 + 53⋅28 + 1

(-17 + 53) ⋅ 28 = (-9 + 28) ⋅ 53 + 1

36⋅28 = 19⋅53 + 1

Es gilt also: 36⋅28 = 19⋅53 +1

Somit 36⋅28 = 1 mod 53

36 ist also das Inverse von 28 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.