Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2998 - 903) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2998 - 903) mod 3 ≡ (2998 mod 3 - 903 mod 3) mod 3.

2998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2998 = 3000-2 = 3 ⋅ 1000 -2 = 3 ⋅ 1000 - 3 + 1.

903 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 903 = 900+3 = 3 ⋅ 300 +3.

Somit gilt:

(2998 - 903) mod 3 ≡ (1 - 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (55 ⋅ 99) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(55 ⋅ 99) mod 6 ≡ (55 mod 6 ⋅ 99 mod 6) mod 6.

55 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 54 + 1 = 9 ⋅ 6 + 1 ist.

99 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 96 + 3 = 16 ⋅ 6 + 3 ist.

Somit gilt:

(55 ⋅ 99) mod 6 ≡ (1 ⋅ 3) mod 6 ≡ 3 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 9132 mod 227.

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. 91 -> x
2. mod(x²,227) -> 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: 911=91

2: 912=911+1=911⋅911 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 109 mod 227

4: 914=912+2=912⋅912 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 77 mod 227

8: 918=914+4=914⋅914 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 27 mod 227

16: 9116=918+8=918⋅918 ≡ 27⋅27=729 ≡ 48 mod 227

32: 9132=9116+16=9116⋅9116 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 34 mod 227

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 159239 mod 283.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 239 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 239 an und zerlegen 239 in eine Summer von 2er-Potenzen:

239 = 128+64+32+8+4+2+1

1: 1591=159

2: 1592=1591+1=1591⋅1591 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 94 mod 283

4: 1594=1592+2=1592⋅1592 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 63 mod 283

8: 1598=1594+4=1594⋅1594 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 7 mod 283

16: 15916=1598+8=1598⋅1598 ≡ 7⋅7=49 ≡ 49 mod 283

32: 15932=15916+16=15916⋅15916 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 137 mod 283

64: 15964=15932+32=15932⋅15932 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 91 mod 283

128: 159128=15964+64=15964⋅15964 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 74 mod 283

159239

= 159128+64+32+8+4+2+1

= 159128⋅15964⋅15932⋅1598⋅1594⋅1592⋅1591

74 ⋅ 91 ⋅ 137 ⋅ 7 ⋅ 63 ⋅ 94 ⋅ 159 mod 283
6734 ⋅ 137 ⋅ 7 ⋅ 63 ⋅ 94 ⋅ 159 mod 283 ≡ 225 ⋅ 137 ⋅ 7 ⋅ 63 ⋅ 94 ⋅ 159 mod 283
30825 ⋅ 7 ⋅ 63 ⋅ 94 ⋅ 159 mod 283 ≡ 261 ⋅ 7 ⋅ 63 ⋅ 94 ⋅ 159 mod 283
1827 ⋅ 63 ⋅ 94 ⋅ 159 mod 283 ≡ 129 ⋅ 63 ⋅ 94 ⋅ 159 mod 283
8127 ⋅ 94 ⋅ 159 mod 283 ≡ 203 ⋅ 94 ⋅ 159 mod 283
19082 ⋅ 159 mod 283 ≡ 121 ⋅ 159 mod 283
19239 mod 283 ≡ 278 mod 283

Es gilt also: 159239 ≡ 278 mod 283

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 52

=>89 = 1⋅52 + 37
=>52 = 1⋅37 + 15
=>37 = 2⋅15 + 7
=>15 = 2⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,52)=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= 15-2⋅7
7= 37-2⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅15 -2⋅(37 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -2⋅37 +4⋅ 15)
= -2⋅37 +5⋅ 15 (=1)
15= 52-1⋅37 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅37 +5⋅(52 -1⋅ 37)
= -2⋅37 +5⋅52 -5⋅ 37)
= 5⋅52 -7⋅ 37 (=1)
37= 89-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅52 -7⋅(89 -1⋅ 52)
= 5⋅52 -7⋅89 +7⋅ 52)
= -7⋅89 +12⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(89,52)=1 = -7⋅89 +12⋅52

oder wenn man -7⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅89 = +12⋅52

Es gilt also: 12⋅52 = 7⋅89 +1

Somit 12⋅52 = 1 mod 89

12 ist also das Inverse von 52 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.