Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (183 + 2706) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(183 + 2706) mod 9 ≡ (183 mod 9 + 2706 mod 9) mod 9.

183 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 183 = 180+3 = 9 ⋅ 20 +3.

2706 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2706 = 2700+6 = 9 ⋅ 300 +6.

Somit gilt:

(183 + 2706) mod 9 ≡ (3 + 6) mod 9 ≡ 9 mod 9 ≡ 0 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 99) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(52 ⋅ 99) mod 4 ≡ (52 mod 4 ⋅ 99 mod 4) mod 4.

52 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 52 + 0 = 13 ⋅ 4 + 0 ist.

99 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 96 + 3 = 24 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(52 ⋅ 99) mod 4 ≡ (0 ⋅ 3) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20932 mod 659.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 209 -> x
2. mod(x²,659) -> 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: 2091=209

2: 2092=2091+1=2091⋅2091 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 187 mod 659

4: 2094=2092+2=2092⋅2092 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 42 mod 659

8: 2098=2094+4=2094⋅2094 ≡ 42⋅42=1764 ≡ 446 mod 659

16: 20916=2098+8=2098⋅2098 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 557 mod 659

32: 20932=20916+16=20916⋅20916 ≡ 557⋅557=310249 ≡ 519 mod 659

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 337223 mod 691.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 223 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 223 an und zerlegen 223 in eine Summer von 2er-Potenzen:

223 = 128+64+16+8+4+2+1

1: 3371=337

2: 3372=3371+1=3371⋅3371 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 245 mod 691

4: 3374=3372+2=3372⋅3372 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 599 mod 691

8: 3378=3374+4=3374⋅3374 ≡ 599⋅599=358801 ≡ 172 mod 691

16: 33716=3378+8=3378⋅3378 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 562 mod 691

32: 33732=33716+16=33716⋅33716 ≡ 562⋅562=315844 ≡ 57 mod 691

64: 33764=33732+32=33732⋅33732 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 485 mod 691

128: 337128=33764+64=33764⋅33764 ≡ 485⋅485=235225 ≡ 285 mod 691

337223

= 337128+64+16+8+4+2+1

= 337128⋅33764⋅33716⋅3378⋅3374⋅3372⋅3371

285 ⋅ 485 ⋅ 562 ⋅ 172 ⋅ 599 ⋅ 245 ⋅ 337 mod 691
138225 ⋅ 562 ⋅ 172 ⋅ 599 ⋅ 245 ⋅ 337 mod 691 ≡ 25 ⋅ 562 ⋅ 172 ⋅ 599 ⋅ 245 ⋅ 337 mod 691
14050 ⋅ 172 ⋅ 599 ⋅ 245 ⋅ 337 mod 691 ≡ 230 ⋅ 172 ⋅ 599 ⋅ 245 ⋅ 337 mod 691
39560 ⋅ 599 ⋅ 245 ⋅ 337 mod 691 ≡ 173 ⋅ 599 ⋅ 245 ⋅ 337 mod 691
103627 ⋅ 245 ⋅ 337 mod 691 ≡ 668 ⋅ 245 ⋅ 337 mod 691
163660 ⋅ 337 mod 691 ≡ 584 ⋅ 337 mod 691
196808 mod 691 ≡ 564 mod 691

Es gilt also: 337223 ≡ 564 mod 691

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 24.

Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 24

=>79 = 3⋅24 + 7
=>24 = 3⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,24)=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= 7-2⋅3
3= 24-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(24 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅24 +6⋅ 7)
= -2⋅24 +7⋅ 7 (=1)
7= 79-3⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅24 +7⋅(79 -3⋅ 24)
= -2⋅24 +7⋅79 -21⋅ 24)
= 7⋅79 -23⋅ 24 (=1)

Es gilt also: ggt(79,24)=1 = 7⋅79 -23⋅24

oder wenn man 7⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅79 = -23⋅24

-23⋅24 = -7⋅79 + 1 |+79⋅24

-23⋅24 + 79⋅24 = -7⋅79 + 79⋅24 + 1

(-23 + 79) ⋅ 24 = (-7 + 24) ⋅ 79 + 1

56⋅24 = 17⋅79 + 1

Es gilt also: 56⋅24 = 17⋅79 +1

Somit 56⋅24 = 1 mod 79

56 ist also das Inverse von 24 mod 79

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.