Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (898 - 1198) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(898 - 1198) mod 3 ≡ (898 mod 3 - 1198 mod 3) mod 3.

898 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 898 = 900-2 = 3 ⋅ 300 -2 = 3 ⋅ 300 - 3 + 1.

1198 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1198 = 1200-2 = 3 ⋅ 400 -2 = 3 ⋅ 400 - 3 + 1.

Somit gilt:

(898 - 1198) mod 3 ≡ (1 - 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (31 ⋅ 92) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(31 ⋅ 92) mod 3 ≡ (31 mod 3 ⋅ 92 mod 3) mod 3.

31 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 30 + 1 = 10 ⋅ 3 + 1 ist.

92 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 90 + 2 = 30 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(31 ⋅ 92) mod 3 ≡ (1 ⋅ 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 41164 mod 421.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 411 -> x
2. mod(x²,421) -> 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: 4111=411

2: 4112=4111+1=4111⋅4111 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 100 mod 421

4: 4114=4112+2=4112⋅4112 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 317 mod 421

8: 4118=4114+4=4114⋅4114 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 291 mod 421

16: 41116=4118+8=4118⋅4118 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 60 mod 421

32: 41132=41116+16=41116⋅41116 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 232 mod 421

64: 41164=41132+32=41132⋅41132 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 357 mod 421

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 243191 mod 499.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:

191 = 128+32+16+8+4+2+1

1: 2431=243

2: 2432=2431+1=2431⋅2431 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 167 mod 499

4: 2434=2432+2=2432⋅2432 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 444 mod 499

8: 2438=2434+4=2434⋅2434 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 31 mod 499

16: 24316=2438+8=2438⋅2438 ≡ 31⋅31=961 ≡ 462 mod 499

32: 24332=24316+16=24316⋅24316 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 371 mod 499

64: 24364=24332+32=24332⋅24332 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 416 mod 499

128: 243128=24364+64=24364⋅24364 ≡ 416⋅416=173056 ≡ 402 mod 499

243191

= 243128+32+16+8+4+2+1

= 243128⋅24332⋅24316⋅2438⋅2434⋅2432⋅2431

≡ 402 ⋅ 371 ⋅ 462 ⋅ 31 ⋅ 444 ⋅ 167 ⋅ 243 mod 499
≡ 149142 ⋅ 462 ⋅ 31 ⋅ 444 ⋅ 167 ⋅ 243 mod 499 ≡ 440 ⋅ 462 ⋅ 31 ⋅ 444 ⋅ 167 ⋅ 243 mod 499
≡ 203280 ⋅ 31 ⋅ 444 ⋅ 167 ⋅ 243 mod 499 ≡ 187 ⋅ 31 ⋅ 444 ⋅ 167 ⋅ 243 mod 499
≡ 5797 ⋅ 444 ⋅ 167 ⋅ 243 mod 499 ≡ 308 ⋅ 444 ⋅ 167 ⋅ 243 mod 499
≡ 136752 ⋅ 167 ⋅ 243 mod 499 ≡ 26 ⋅ 167 ⋅ 243 mod 499
≡ 4342 ⋅ 243 mod 499 ≡ 350 ⋅ 243 mod 499
≡ 85050 mod 499 ≡ 220 mod 499

Es gilt also: 243191 ≡ 220 mod 499

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 45.

Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 45

=>79 = 1⋅45 + 34
=>45 = 1⋅34 + 11
=>34 = 3⋅11 + 1
=>11 = 11⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,45)=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= 34-3⋅11
11= 45-1⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅34 -3⋅(45 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -3⋅45 +3⋅ 34)
= -3⋅45 +4⋅ 34 (=1)
34= 79-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅45 +4⋅(79 -1⋅ 45)
= -3⋅45 +4⋅79 -4⋅ 45)
= 4⋅79 -7⋅ 45 (=1)

Es gilt also: ggt(79,45)=1 = 4⋅79 -7⋅45

oder wenn man 4⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅79 = -7⋅45

-7⋅45 = -4⋅79 + 1 |+79⋅45

-7⋅45 + 79⋅45 = -4⋅79 + 79⋅45 + 1

(-7 + 79) ⋅ 45 = (-4 + 45) ⋅ 79 + 1

72⋅45 = 41⋅79 + 1

Es gilt also: 72⋅45 = 41⋅79 +1

Somit 72⋅45 = 1 mod 79

72 ist also das Inverse von 45 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.