Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3198 + 240) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3198 + 240) mod 8 ≡ (3198 mod 8 + 240 mod 8) mod 8.

3198 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3198 = 3200-2 = 8 ⋅ 400 -2 = 8 ⋅ 400 - 8 + 6.

240 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 240 = 240+0 = 8 ⋅ 30 +0.

Somit gilt:

(3198 + 240) mod 8 ≡ (6 + 0) mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (49 ⋅ 76) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(49 ⋅ 76) mod 10 ≡ (49 mod 10 ⋅ 76 mod 10) mod 10.

49 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 40 + 9 = 4 ⋅ 10 + 9 ist.

76 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 70 + 6 = 7 ⋅ 10 + 6 ist.

Somit gilt:

(49 ⋅ 76) mod 10 ≡ (9 ⋅ 6) mod 10 ≡ 54 mod 10 ≡ 4 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 18464 mod 283.

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. 184 -> x
2. mod(x²,283) -> 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: 1841=184

2: 1842=1841+1=1841⋅1841 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 179 mod 283

4: 1844=1842+2=1842⋅1842 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 62 mod 283

8: 1848=1844+4=1844⋅1844 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 165 mod 283

16: 18416=1848+8=1848⋅1848 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 57 mod 283

32: 18432=18416+16=18416⋅18416 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 136 mod 283

64: 18464=18432+32=18432⋅18432 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 101 mod 283

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 228234 mod 431.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 234 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 234 an und zerlegen 234 in eine Summer von 2er-Potenzen:

234 = 128+64+32+8+2

1: 2281=228

2: 2282=2281+1=2281⋅2281 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 264 mod 431

4: 2284=2282+2=2282⋅2282 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 305 mod 431

8: 2288=2284+4=2284⋅2284 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 360 mod 431

16: 22816=2288+8=2288⋅2288 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 300 mod 431

32: 22832=22816+16=22816⋅22816 ≡ 300⋅300=90000 ≡ 352 mod 431

64: 22864=22832+32=22832⋅22832 ≡ 352⋅352=123904 ≡ 207 mod 431

128: 228128=22864+64=22864⋅22864 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 180 mod 431

228234

= 228128+64+32+8+2

= 228128⋅22864⋅22832⋅2288⋅2282

180 ⋅ 207 ⋅ 352 ⋅ 360 ⋅ 264 mod 431
37260 ⋅ 352 ⋅ 360 ⋅ 264 mod 431 ≡ 194 ⋅ 352 ⋅ 360 ⋅ 264 mod 431
68288 ⋅ 360 ⋅ 264 mod 431 ≡ 190 ⋅ 360 ⋅ 264 mod 431
68400 ⋅ 264 mod 431 ≡ 302 ⋅ 264 mod 431
79728 mod 431 ≡ 424 mod 431

Es gilt also: 228234 ≡ 424 mod 431

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 86.

Also bestimme x, so dass 86 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 86

=>97 = 1⋅86 + 11
=>86 = 7⋅11 + 9
=>11 = 1⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,86)=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= 11-1⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(11 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅11 +4⋅ 9)
= -4⋅11 +5⋅ 9 (=1)
9= 86-7⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅11 +5⋅(86 -7⋅ 11)
= -4⋅11 +5⋅86 -35⋅ 11)
= 5⋅86 -39⋅ 11 (=1)
11= 97-1⋅86 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅86 -39⋅(97 -1⋅ 86)
= 5⋅86 -39⋅97 +39⋅ 86)
= -39⋅97 +44⋅ 86 (=1)

Es gilt also: ggt(97,86)=1 = -39⋅97 +44⋅86

oder wenn man -39⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +39⋅97 = +44⋅86

Es gilt also: 44⋅86 = 39⋅97 +1

Somit 44⋅86 = 1 mod 97

44 ist also das Inverse von 86 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.