Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3598 + 3595) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3598 + 3595) mod 9 ≡ (3598 mod 9 + 3595 mod 9) mod 9.

3598 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3598 = 3600-2 = 9 ⋅ 400 -2 = 9 ⋅ 400 - 9 + 7.

3595 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3595 = 3600-5 = 9 ⋅ 400 -5 = 9 ⋅ 400 - 9 + 4.

Somit gilt:

(3598 + 3595) mod 9 ≡ (7 + 4) mod 9 ≡ 11 mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (96 ⋅ 23) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(96 ⋅ 23) mod 10 ≡ (96 mod 10 ⋅ 23 mod 10) mod 10.

96 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 90 + 6 = 9 ⋅ 10 + 6 ist.

23 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 20 + 3 = 2 ⋅ 10 + 3 ist.

Somit gilt:

(96 ⋅ 23) mod 10 ≡ (6 ⋅ 3) mod 10 ≡ 18 mod 10 ≡ 8 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20316 mod 263.

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. 203 -> x
2. mod(x²,263) -> 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: 2031=203

2: 2032=2031+1=2031⋅2031 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 181 mod 263

4: 2034=2032+2=2032⋅2032 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 149 mod 263

8: 2038=2034+4=2034⋅2034 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 109 mod 263

16: 20316=2038+8=2038⋅2038 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 46 mod 263

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 270215 mod 443.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 215 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 215 an und zerlegen 215 in eine Summer von 2er-Potenzen:

215 = 128+64+16+4+2+1

1: 2701=270

2: 2702=2701+1=2701⋅2701 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 248 mod 443

4: 2704=2702+2=2702⋅2702 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 370 mod 443

8: 2708=2704+4=2704⋅2704 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 13 mod 443

16: 27016=2708+8=2708⋅2708 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 443

32: 27032=27016+16=27016⋅27016 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 209 mod 443

64: 27064=27032+32=27032⋅27032 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 267 mod 443

128: 270128=27064+64=27064⋅27064 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 409 mod 443

270215

= 270128+64+16+4+2+1

= 270128⋅27064⋅27016⋅2704⋅2702⋅2701

≡ 409 ⋅ 267 ⋅ 169 ⋅ 370 ⋅ 248 ⋅ 270 mod 443
≡ 109203 ⋅ 169 ⋅ 370 ⋅ 248 ⋅ 270 mod 443 ≡ 225 ⋅ 169 ⋅ 370 ⋅ 248 ⋅ 270 mod 443
≡ 38025 ⋅ 370 ⋅ 248 ⋅ 270 mod 443 ≡ 370 ⋅ 370 ⋅ 248 ⋅ 270 mod 443
≡ 136900 ⋅ 248 ⋅ 270 mod 443 ≡ 13 ⋅ 248 ⋅ 270 mod 443
≡ 3224 ⋅ 270 mod 443 ≡ 123 ⋅ 270 mod 443
≡ 33210 mod 443 ≡ 428 mod 443

Es gilt also: 270215 ≡ 428 mod 443

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 38

=>67 = 1⋅38 + 29
=>38 = 1⋅29 + 9
=>29 = 3⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,38)=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= 29-3⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(29 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅29 +12⋅ 9)
= -4⋅29 +13⋅ 9 (=1)
9= 38-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅29 +13⋅(38 -1⋅ 29)
= -4⋅29 +13⋅38 -13⋅ 29)
= 13⋅38 -17⋅ 29 (=1)
29= 67-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅38 -17⋅(67 -1⋅ 38)
= 13⋅38 -17⋅67 +17⋅ 38)
= -17⋅67 +30⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(67,38)=1 = -17⋅67 +30⋅38

oder wenn man -17⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅67 = +30⋅38

Es gilt also: 30⋅38 = 17⋅67 +1

Somit 30⋅38 = 1 mod 67

30 ist also das Inverse von 38 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.