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: (98 - 3605) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(98 - 3605) mod 9 ≡ (98 mod 9 - 3605 mod 9) mod 9.

98 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 90+8 = 9 ⋅ 10 +8.

3605 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3605 = 3600+5 = 9 ⋅ 400 +5.

Somit gilt:

(98 - 3605) mod 9 ≡ (8 - 5) mod 9 ≡ 3 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (64 ⋅ 18) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(64 ⋅ 18) mod 6 ≡ (64 mod 6 ⋅ 18 mod 6) mod 6.

64 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 60 + 4 = 10 ⋅ 6 + 4 ist.

18 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 18 + 0 = 3 ⋅ 6 + 0 ist.

Somit gilt:

(64 ⋅ 18) mod 6 ≡ (4 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 39464 mod 971.

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. 394 -> x
2. mod(x²,971) -> 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: 3941=394

2: 3942=3941+1=3941⋅3941 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 847 mod 971

4: 3944=3942+2=3942⋅3942 ≡ 847⋅847=717409 ≡ 811 mod 971

8: 3948=3944+4=3944⋅3944 ≡ 811⋅811=657721 ≡ 354 mod 971

16: 39416=3948+8=3948⋅3948 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 57 mod 971

32: 39432=39416+16=39416⋅39416 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 336 mod 971

64: 39464=39432+32=39432⋅39432 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 260 mod 971

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 543109 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 109 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 109 an und zerlegen 109 in eine Summer von 2er-Potenzen:

109 = 64+32+8+4+1

1: 5431=543

2: 5432=5431+1=5431⋅5431 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 365 mod 887

4: 5434=5432+2=5432⋅5432 ≡ 365⋅365=133225 ≡ 175 mod 887

8: 5438=5434+4=5434⋅5434 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 467 mod 887

16: 54316=5438+8=5438⋅5438 ≡ 467⋅467=218089 ≡ 774 mod 887

32: 54332=54316+16=54316⋅54316 ≡ 774⋅774=599076 ≡ 351 mod 887

64: 54364=54332+32=54332⋅54332 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 795 mod 887

543109

= 54364+32+8+4+1

= 54364⋅54332⋅5438⋅5434⋅5431

795 ⋅ 351 ⋅ 467 ⋅ 175 ⋅ 543 mod 887
279045 ⋅ 467 ⋅ 175 ⋅ 543 mod 887 ≡ 527 ⋅ 467 ⋅ 175 ⋅ 543 mod 887
246109 ⋅ 175 ⋅ 543 mod 887 ≡ 410 ⋅ 175 ⋅ 543 mod 887
71750 ⋅ 543 mod 887 ≡ 790 ⋅ 543 mod 887
428970 mod 887 ≡ 549 mod 887

Es gilt also: 543109 ≡ 549 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 35

=>101 = 2⋅35 + 31
=>35 = 1⋅31 + 4
=>31 = 7⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,35)=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= 4-1⋅3
3= 31-7⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(31 -7⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅31 +7⋅ 4)
= -1⋅31 +8⋅ 4 (=1)
4= 35-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅31 +8⋅(35 -1⋅ 31)
= -1⋅31 +8⋅35 -8⋅ 31)
= 8⋅35 -9⋅ 31 (=1)
31= 101-2⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 8⋅35 -9⋅(101 -2⋅ 35)
= 8⋅35 -9⋅101 +18⋅ 35)
= -9⋅101 +26⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(101,35)=1 = -9⋅101 +26⋅35

oder wenn man -9⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅101 = +26⋅35

Es gilt also: 26⋅35 = 9⋅101 +1

Somit 26⋅35 = 1 mod 101

26 ist also das Inverse von 35 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.