Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (899 - 14997) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(899 - 14997) mod 3 ≡ (899 mod 3 - 14997 mod 3) mod 3.

899 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 899 = 900-1 = 3 ⋅ 300 -1 = 3 ⋅ 300 - 3 + 2.

14997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14997 = 15000-3 = 3 ⋅ 5000 -3 = 3 ⋅ 5000 - 3 + 0.

Somit gilt:

(899 - 14997) mod 3 ≡ (2 - 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (39 ⋅ 98) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(39 ⋅ 98) mod 9 ≡ (39 mod 9 ⋅ 98 mod 9) mod 9.

39 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 36 + 3 = 4 ⋅ 9 + 3 ist.

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

Somit gilt:

(39 ⋅ 98) mod 9 ≡ (3 ⋅ 8) mod 9 ≡ 24 mod 9 ≡ 6 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 3868 mod 449.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 386 -> x
2. mod(x²,449) -> 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: 3861=386

2: 3862=3861+1=3861⋅3861 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 377 mod 449

4: 3864=3862+2=3862⋅3862 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 245 mod 449

8: 3868=3864+4=3864⋅3864 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 308 mod 449

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 535140 mod 947.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 140 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 140 an und zerlegen 140 in eine Summer von 2er-Potenzen:

140 = 128+8+4

1: 5351=535

2: 5352=5351+1=5351⋅5351 ≡ 535⋅535=286225 ≡ 231 mod 947

4: 5354=5352+2=5352⋅5352 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 329 mod 947

8: 5358=5354+4=5354⋅5354 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 283 mod 947

16: 53516=5358+8=5358⋅5358 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 541 mod 947

32: 53532=53516+16=53516⋅53516 ≡ 541⋅541=292681 ≡ 58 mod 947

64: 53564=53532+32=53532⋅53532 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 523 mod 947

128: 535128=53564+64=53564⋅53564 ≡ 523⋅523=273529 ≡ 793 mod 947

535140

= 535128+8+4

= 535128⋅5358⋅5354

≡ 793 ⋅ 283 ⋅ 329 mod 947
≡ 224419 ⋅ 329 mod 947 ≡ 927 ⋅ 329 mod 947
≡ 304983 mod 947 ≡ 49 mod 947

Es gilt also: 535140 ≡ 49 mod 947

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 33.

Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 33

=>89 = 2⋅33 + 23
=>33 = 1⋅23 + 10
=>23 = 2⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,33)=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= 10-3⋅3
3= 23-2⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(23 -2⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅23 +6⋅ 10)
= -3⋅23 +7⋅ 10 (=1)
10= 33-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +7⋅(33 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +7⋅33 -7⋅ 23)
= 7⋅33 -10⋅ 23 (=1)
23= 89-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅33 -10⋅(89 -2⋅ 33)
= 7⋅33 -10⋅89 +20⋅ 33)
= -10⋅89 +27⋅ 33 (=1)

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

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

1 +10⋅89 = +27⋅33

Es gilt also: 27⋅33 = 10⋅89 +1

Somit 27⋅33 = 1 mod 89

27 ist also das Inverse von 33 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.