Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (9998 + 997) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(9998 + 997) mod 5 ≡ (9998 mod 5 + 997 mod 5) mod 5.

9998 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9998 = 9000+998 = 5 ⋅ 1800 +998.

997 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 997 = 900+97 = 5 ⋅ 180 +97.

Somit gilt:

(9998 + 997) mod 5 ≡ (3 + 2) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 24) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(19 ⋅ 24) mod 11 ≡ (19 mod 11 ⋅ 24 mod 11) mod 11.

19 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 11 + 8 = 1 ⋅ 11 + 8 ist.

24 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 22 + 2 = 2 ⋅ 11 + 2 ist.

Somit gilt:

(19 ⋅ 24) mod 11 ≡ (8 ⋅ 2) mod 11 ≡ 16 mod 11 ≡ 5 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 49564 mod 967.

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. 495 -> x
2. mod(x²,967) -> 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: 4951=495

2: 4952=4951+1=4951⋅4951 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 374 mod 967

4: 4954=4952+2=4952⋅4952 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 628 mod 967

8: 4958=4954+4=4954⋅4954 ≡ 628⋅628=394384 ≡ 815 mod 967

16: 49516=4958+8=4958⋅4958 ≡ 815⋅815=664225 ≡ 863 mod 967

32: 49532=49516+16=49516⋅49516 ≡ 863⋅863=744769 ≡ 179 mod 967

64: 49564=49532+32=49532⋅49532 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 130 mod 967

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 729198 mod 821.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 198 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 198 an und zerlegen 198 in eine Summer von 2er-Potenzen:

198 = 128+64+4+2

1: 7291=729

2: 7292=7291+1=7291⋅7291 ≡ 729⋅729=531441 ≡ 254 mod 821

4: 7294=7292+2=7292⋅7292 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 478 mod 821

8: 7298=7294+4=7294⋅7294 ≡ 478⋅478=228484 ≡ 246 mod 821

16: 72916=7298+8=7298⋅7298 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 583 mod 821

32: 72932=72916+16=72916⋅72916 ≡ 583⋅583=339889 ≡ 816 mod 821

64: 72964=72932+32=72932⋅72932 ≡ 816⋅816=665856 ≡ 25 mod 821

128: 729128=72964+64=72964⋅72964 ≡ 25⋅25=625 ≡ 625 mod 821

729198

= 729128+64+4+2

= 729128⋅72964⋅7294⋅7292

625 ⋅ 25 ⋅ 478 ⋅ 254 mod 821
15625 ⋅ 478 ⋅ 254 mod 821 ≡ 26 ⋅ 478 ⋅ 254 mod 821
12428 ⋅ 254 mod 821 ≡ 113 ⋅ 254 mod 821
28702 mod 821 ≡ 788 mod 821

Es gilt also: 729198 ≡ 788 mod 821

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 52

=>83 = 1⋅52 + 31
=>52 = 1⋅31 + 21
=>31 = 1⋅21 + 10
=>21 = 2⋅10 + 1
=>10 = 10⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,52)=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= 21-2⋅10
10= 31-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -2⋅(31 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -2⋅31 +2⋅ 21)
= -2⋅31 +3⋅ 21 (=1)
21= 52-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅31 +3⋅(52 -1⋅ 31)
= -2⋅31 +3⋅52 -3⋅ 31)
= 3⋅52 -5⋅ 31 (=1)
31= 83-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅52 -5⋅(83 -1⋅ 52)
= 3⋅52 -5⋅83 +5⋅ 52)
= -5⋅83 +8⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(83,52)=1 = -5⋅83 +8⋅52

oder wenn man -5⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅83 = +8⋅52

Es gilt also: 8⋅52 = 5⋅83 +1

Somit 8⋅52 = 1 mod 83

8 ist also das Inverse von 52 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.