Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (156 - 80) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(156 - 80) mod 4 ≡ (156 mod 4 - 80 mod 4) mod 4.

156 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 156 = 160-4 = 4 ⋅ 40 -4 = 4 ⋅ 40 - 4 + 0.

80 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80+0 = 4 ⋅ 20 +0.

Somit gilt:

(156 - 80) mod 4 ≡ (0 - 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (75 ⋅ 53) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(75 ⋅ 53) mod 5 ≡ (75 mod 5 ⋅ 53 mod 5) mod 5.

75 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 75 + 0 = 15 ⋅ 5 + 0 ist.

53 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 50 + 3 = 10 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(75 ⋅ 53) mod 5 ≡ (0 ⋅ 3) mod 5 ≡ 0 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20116 mod 311.

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. 201 -> x
2. mod(x²,311) -> 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: 2011=201

2: 2012=2011+1=2011⋅2011 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 282 mod 311

4: 2014=2012+2=2012⋅2012 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 219 mod 311

8: 2018=2014+4=2014⋅2014 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 67 mod 311

16: 20116=2018+8=2018⋅2018 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 135 mod 311

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 262131 mod 809.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 131 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 131 an und zerlegen 131 in eine Summer von 2er-Potenzen:

131 = 128+2+1

1: 2621=262

2: 2622=2621+1=2621⋅2621 ≡ 262⋅262=68644 ≡ 688 mod 809

4: 2624=2622+2=2622⋅2622 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 79 mod 809

8: 2628=2624+4=2624⋅2624 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 578 mod 809

16: 26216=2628+8=2628⋅2628 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 776 mod 809

32: 26232=26216+16=26216⋅26216 ≡ 776⋅776=602176 ≡ 280 mod 809

64: 26264=26232+32=26232⋅26232 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 736 mod 809

128: 262128=26264+64=26264⋅26264 ≡ 736⋅736=541696 ≡ 475 mod 809

262131

= 262128+2+1

= 262128⋅2622⋅2621

475 ⋅ 688 ⋅ 262 mod 809
326800 ⋅ 262 mod 809 ≡ 773 ⋅ 262 mod 809
202526 mod 809 ≡ 276 mod 809

Es gilt also: 262131 ≡ 276 mod 809

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 27.

Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 27

=>89 = 3⋅27 + 8
=>27 = 3⋅8 + 3
=>8 = 2⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,27)=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= 3-1⋅2
2= 8-2⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3)
= -1⋅8 +3⋅ 3 (=1)
3= 27-3⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅8 +3⋅(27 -3⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅27 -9⋅ 8)
= 3⋅27 -10⋅ 8 (=1)
8= 89-3⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅27 -10⋅(89 -3⋅ 27)
= 3⋅27 -10⋅89 +30⋅ 27)
= -10⋅89 +33⋅ 27 (=1)

Es gilt also: ggt(89,27)=1 = -10⋅89 +33⋅27

oder wenn man -10⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +10⋅89 = +33⋅27

Es gilt also: 33⋅27 = 10⋅89 +1

Somit 33⋅27 = 1 mod 89

33 ist also das Inverse von 27 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.