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: (4003 + 3998) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(4003 + 3998) mod 4 ≡ (4003 mod 4 + 3998 mod 4) mod 4.

4003 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4003 = 4000+3 = 4 ⋅ 1000 +3.

3998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3998 = 3000+998 = 4 ⋅ 750 +998.

Somit gilt:

(4003 + 3998) mod 4 ≡ (3 + 2) mod 4 ≡ 5 mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 49) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(61 ⋅ 49) mod 5 ≡ (61 mod 5 ⋅ 49 mod 5) mod 5.

61 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 12 ⋅ 5 + 1 ist.

49 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 45 + 4 = 9 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(61 ⋅ 49) mod 5 ≡ (1 ⋅ 4) mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 30632 mod 739.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 306 -> x
2. mod(x²,739) -> 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: 3061=306

2: 3062=3061+1=3061⋅3061 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 522 mod 739

4: 3064=3062+2=3062⋅3062 ≡ 522⋅522=272484 ≡ 532 mod 739

8: 3068=3064+4=3064⋅3064 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 726 mod 739

16: 30616=3068+8=3068⋅3068 ≡ 726⋅726=527076 ≡ 169 mod 739

32: 30632=30616+16=30616⋅30616 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 479 mod 739

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 253102 mod 443.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 102 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 102 an und zerlegen 102 in eine Summer von 2er-Potenzen:

102 = 64+32+4+2

1: 2531=253

2: 2532=2531+1=2531⋅2531 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 217 mod 443

4: 2534=2532+2=2532⋅2532 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 131 mod 443

8: 2538=2534+4=2534⋅2534 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 327 mod 443

16: 25316=2538+8=2538⋅2538 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 166 mod 443

32: 25332=25316+16=25316⋅25316 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 90 mod 443

64: 25364=25332+32=25332⋅25332 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 126 mod 443

253102

= 25364+32+4+2

= 25364⋅25332⋅2534⋅2532

126 ⋅ 90 ⋅ 131 ⋅ 217 mod 443
11340 ⋅ 131 ⋅ 217 mod 443 ≡ 265 ⋅ 131 ⋅ 217 mod 443
34715 ⋅ 217 mod 443 ≡ 161 ⋅ 217 mod 443
34937 mod 443 ≡ 383 mod 443

Es gilt also: 253102 ≡ 383 mod 443

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 69.

Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 69

=>89 = 1⋅69 + 20
=>69 = 3⋅20 + 9
=>20 = 2⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,69)=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= 9-4⋅2
2= 20-2⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(20 -2⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅20 +8⋅ 9)
= -4⋅20 +9⋅ 9 (=1)
9= 69-3⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅20 +9⋅(69 -3⋅ 20)
= -4⋅20 +9⋅69 -27⋅ 20)
= 9⋅69 -31⋅ 20 (=1)
20= 89-1⋅69 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 9⋅69 -31⋅(89 -1⋅ 69)
= 9⋅69 -31⋅89 +31⋅ 69)
= -31⋅89 +40⋅ 69 (=1)

Es gilt also: ggt(89,69)=1 = -31⋅89 +40⋅69

oder wenn man -31⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +31⋅89 = +40⋅69

Es gilt also: 40⋅69 = 31⋅89 +1

Somit 40⋅69 = 1 mod 89

40 ist also das Inverse von 69 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.