Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3997 - 3199) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3997 - 3199) mod 8 ≡ (3997 mod 8 - 3199 mod 8) mod 8.

3997 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3997 = 4000-3 = 8 ⋅ 500 -3 = 8 ⋅ 500 - 8 + 5.

3199 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3199 = 3200-1 = 8 ⋅ 400 -1 = 8 ⋅ 400 - 8 + 7.

Somit gilt:

(3997 - 3199) mod 8 ≡ (5 - 7) mod 8 ≡ -2 mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 75) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(54 ⋅ 75) mod 11 ≡ (54 mod 11 ⋅ 75 mod 11) mod 11.

54 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 44 + 10 = 4 ⋅ 11 + 10 ist.

75 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 66 + 9 = 6 ⋅ 11 + 9 ist.

Somit gilt:

(54 ⋅ 75) mod 11 ≡ (10 ⋅ 9) mod 11 ≡ 90 mod 11 ≡ 2 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 508128 mod 719.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 508 -> x
2. mod(x²,719) -> 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: 5081=508

2: 5082=5081+1=5081⋅5081 ≡ 508⋅508=258064 ≡ 662 mod 719

4: 5084=5082+2=5082⋅5082 ≡ 662⋅662=438244 ≡ 373 mod 719

8: 5088=5084+4=5084⋅5084 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 362 mod 719

16: 50816=5088+8=5088⋅5088 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 186 mod 719

32: 50832=50816+16=50816⋅50816 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 84 mod 719

64: 50864=50832+32=50832⋅50832 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 585 mod 719

128: 508128=50864+64=50864⋅50864 ≡ 585⋅585=342225 ≡ 700 mod 719

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 291127 mod 509.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 127 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 127 an und zerlegen 127 in eine Summer von 2er-Potenzen:

127 = 64+32+16+8+4+2+1

1: 2911=291

2: 2912=2911+1=2911⋅2911 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 187 mod 509

4: 2914=2912+2=2912⋅2912 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 357 mod 509

8: 2918=2914+4=2914⋅2914 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 199 mod 509

16: 29116=2918+8=2918⋅2918 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 408 mod 509

32: 29132=29116+16=29116⋅29116 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 21 mod 509

64: 29164=29132+32=29132⋅29132 ≡ 21⋅21=441 ≡ 441 mod 509

291127

= 29164+32+16+8+4+2+1

= 29164⋅29132⋅29116⋅2918⋅2914⋅2912⋅2911

441 ⋅ 21 ⋅ 408 ⋅ 199 ⋅ 357 ⋅ 187 ⋅ 291 mod 509
9261 ⋅ 408 ⋅ 199 ⋅ 357 ⋅ 187 ⋅ 291 mod 509 ≡ 99 ⋅ 408 ⋅ 199 ⋅ 357 ⋅ 187 ⋅ 291 mod 509
40392 ⋅ 199 ⋅ 357 ⋅ 187 ⋅ 291 mod 509 ≡ 181 ⋅ 199 ⋅ 357 ⋅ 187 ⋅ 291 mod 509
36019 ⋅ 357 ⋅ 187 ⋅ 291 mod 509 ≡ 389 ⋅ 357 ⋅ 187 ⋅ 291 mod 509
138873 ⋅ 187 ⋅ 291 mod 509 ≡ 425 ⋅ 187 ⋅ 291 mod 509
79475 ⋅ 291 mod 509 ≡ 71 ⋅ 291 mod 509
20661 mod 509 ≡ 301 mod 509

Es gilt also: 291127 ≡ 301 mod 509

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 76.

Also bestimme x, so dass 76 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 76

=>89 = 1⋅76 + 13
=>76 = 5⋅13 + 11
=>13 = 1⋅11 + 2
=>11 = 5⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,76)=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= 11-5⋅2
2= 13-1⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -5⋅(13 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅13 +5⋅ 11)
= -5⋅13 +6⋅ 11 (=1)
11= 76-5⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅13 +6⋅(76 -5⋅ 13)
= -5⋅13 +6⋅76 -30⋅ 13)
= 6⋅76 -35⋅ 13 (=1)
13= 89-1⋅76 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅76 -35⋅(89 -1⋅ 76)
= 6⋅76 -35⋅89 +35⋅ 76)
= -35⋅89 +41⋅ 76 (=1)

Es gilt also: ggt(89,76)=1 = -35⋅89 +41⋅76

oder wenn man -35⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +35⋅89 = +41⋅76

Es gilt also: 41⋅76 = 35⋅89 +1

Somit 41⋅76 = 1 mod 89

41 ist also das Inverse von 76 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.