Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (12000 + 1999) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(12000 + 1999) mod 4 ≡ (12000 mod 4 + 1999 mod 4) mod 4.

12000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000 = 12000+0 = 4 ⋅ 3000 +0.

1999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1999 = 1900+99 = 4 ⋅ 475 +99.

Somit gilt:

(12000 + 1999) mod 4 ≡ (0 + 3) mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 34) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(43 ⋅ 34) mod 10 ≡ (43 mod 10 ⋅ 34 mod 10) mod 10.

43 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 40 + 3 = 4 ⋅ 10 + 3 ist.

34 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 30 + 4 = 3 ⋅ 10 + 4 ist.

Somit gilt:

(43 ⋅ 34) mod 10 ≡ (3 ⋅ 4) mod 10 ≡ 12 mod 10 ≡ 2 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 82932 mod 967.

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. 829 -> 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: 8291=829

2: 8292=8291+1=8291⋅8291 ≡ 829⋅829=687241 ≡ 671 mod 967

4: 8294=8292+2=8292⋅8292 ≡ 671⋅671=450241 ≡ 586 mod 967

8: 8298=8294+4=8294⋅8294 ≡ 586⋅586=343396 ≡ 111 mod 967

16: 82916=8298+8=8298⋅8298 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 717 mod 967

32: 82932=82916+16=82916⋅82916 ≡ 717⋅717=514089 ≡ 612 mod 967

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 486127 mod 499.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 127 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 127 an und zerlegen 127 in eine Summer von 2er-Potenzen:

127 = 64+32+16+8+4+2+1

1: 4861=486

2: 4862=4861+1=4861⋅4861 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 169 mod 499

4: 4864=4862+2=4862⋅4862 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 118 mod 499

8: 4868=4864+4=4864⋅4864 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 451 mod 499

16: 48616=4868+8=4868⋅4868 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 308 mod 499

32: 48632=48616+16=48616⋅48616 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 54 mod 499

64: 48664=48632+32=48632⋅48632 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 421 mod 499

486127

= 48664+32+16+8+4+2+1

= 48664⋅48632⋅48616⋅4868⋅4864⋅4862⋅4861

421 ⋅ 54 ⋅ 308 ⋅ 451 ⋅ 118 ⋅ 169 ⋅ 486 mod 499
22734 ⋅ 308 ⋅ 451 ⋅ 118 ⋅ 169 ⋅ 486 mod 499 ≡ 279 ⋅ 308 ⋅ 451 ⋅ 118 ⋅ 169 ⋅ 486 mod 499
85932 ⋅ 451 ⋅ 118 ⋅ 169 ⋅ 486 mod 499 ≡ 104 ⋅ 451 ⋅ 118 ⋅ 169 ⋅ 486 mod 499
46904 ⋅ 118 ⋅ 169 ⋅ 486 mod 499 ≡ 497 ⋅ 118 ⋅ 169 ⋅ 486 mod 499
58646 ⋅ 169 ⋅ 486 mod 499 ≡ 263 ⋅ 169 ⋅ 486 mod 499
44447 ⋅ 486 mod 499 ≡ 36 ⋅ 486 mod 499
17496 mod 499 ≡ 31 mod 499

Es gilt also: 486127 ≡ 31 mod 499

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 72.

Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 72

=>89 = 1⋅72 + 17
=>72 = 4⋅17 + 4
=>17 = 4⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,72)=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= 17-4⋅4
4= 72-4⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -4⋅(72 -4⋅ 17)
= 1⋅17 -4⋅72 +16⋅ 17)
= -4⋅72 +17⋅ 17 (=1)
17= 89-1⋅72 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅72 +17⋅(89 -1⋅ 72)
= -4⋅72 +17⋅89 -17⋅ 72)
= 17⋅89 -21⋅ 72 (=1)

Es gilt also: ggt(89,72)=1 = 17⋅89 -21⋅72

oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅89 = -21⋅72

-21⋅72 = -17⋅89 + 1 |+89⋅72

-21⋅72 + 89⋅72 = -17⋅89 + 89⋅72 + 1

(-21 + 89) ⋅ 72 = (-17 + 72) ⋅ 89 + 1

68⋅72 = 55⋅89 + 1

Es gilt also: 68⋅72 = 55⋅89 +1

Somit 68⋅72 = 1 mod 89

68 ist also das Inverse von 72 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.