Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (24999 + 15001) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24999 + 15001) mod 5 ≡ (24999 mod 5 + 15001 mod 5) mod 5.

24999 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24999 = 24000+999 = 5 ⋅ 4800 +999.

15001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15001 = 15000+1 = 5 ⋅ 3000 +1.

Somit gilt:

(24999 + 15001) mod 5 ≡ (4 + 1) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 91) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(98 ⋅ 91) mod 9 ≡ (98 mod 9 ⋅ 91 mod 9) mod 9.

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

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

Somit gilt:

(98 ⋅ 91) mod 9 ≡ (8 ⋅ 1) mod 9 ≡ 8 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 33716 mod 587.

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. 337 -> x
2. mod(x²,587) -> 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: 3371=337

2: 3372=3371+1=3371⋅3371 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 278 mod 587

4: 3374=3372+2=3372⋅3372 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 387 mod 587

8: 3378=3374+4=3374⋅3374 ≡ 387⋅387=149769 ≡ 84 mod 587

16: 33716=3378+8=3378⋅3378 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 12 mod 587

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 444173 mod 503.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 173 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 173 an und zerlegen 173 in eine Summer von 2er-Potenzen:

173 = 128+32+8+4+1

1: 4441=444

2: 4442=4441+1=4441⋅4441 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 463 mod 503

4: 4444=4442+2=4442⋅4442 ≡ 463⋅463=214369 ≡ 91 mod 503

8: 4448=4444+4=4444⋅4444 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 233 mod 503

16: 44416=4448+8=4448⋅4448 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 468 mod 503

32: 44432=44416+16=44416⋅44416 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 219 mod 503

64: 44464=44432+32=44432⋅44432 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 176 mod 503

128: 444128=44464+64=44464⋅44464 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 293 mod 503

444173

= 444128+32+8+4+1

= 444128⋅44432⋅4448⋅4444⋅4441

293 ⋅ 219 ⋅ 233 ⋅ 91 ⋅ 444 mod 503
64167 ⋅ 233 ⋅ 91 ⋅ 444 mod 503 ≡ 286 ⋅ 233 ⋅ 91 ⋅ 444 mod 503
66638 ⋅ 91 ⋅ 444 mod 503 ≡ 242 ⋅ 91 ⋅ 444 mod 503
22022 ⋅ 444 mod 503 ≡ 393 ⋅ 444 mod 503
174492 mod 503 ≡ 454 mod 503

Es gilt also: 444173 ≡ 454 mod 503

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 74.

Also bestimme x, so dass 74 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 74

=>83 = 1⋅74 + 9
=>74 = 8⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,74)=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= 74-8⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(74 -8⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅74 +32⋅ 9)
= -4⋅74 +33⋅ 9 (=1)
9= 83-1⋅74 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅74 +33⋅(83 -1⋅ 74)
= -4⋅74 +33⋅83 -33⋅ 74)
= 33⋅83 -37⋅ 74 (=1)

Es gilt also: ggt(83,74)=1 = 33⋅83 -37⋅74

oder wenn man 33⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -33⋅83 = -37⋅74

-37⋅74 = -33⋅83 + 1 |+83⋅74

-37⋅74 + 83⋅74 = -33⋅83 + 83⋅74 + 1

(-37 + 83) ⋅ 74 = (-33 + 74) ⋅ 83 + 1

46⋅74 = 41⋅83 + 1

Es gilt also: 46⋅74 = 41⋅83 +1

Somit 46⋅74 = 1 mod 83

46 ist also das Inverse von 74 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.