Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1201 - 1501) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1201 - 1501) mod 3 ≡ (1201 mod 3 - 1501 mod 3) mod 3.

1201 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1201 = 1200+1 = 3 ⋅ 400 +1.

1501 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1501 = 1500+1 = 3 ⋅ 500 +1.

Somit gilt:

(1201 - 1501) mod 3 ≡ (1 - 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (29 ⋅ 84) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(29 ⋅ 84) mod 10 ≡ (29 mod 10 ⋅ 84 mod 10) mod 10.

29 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 20 + 9 = 2 ⋅ 10 + 9 ist.

84 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 80 + 4 = 8 ⋅ 10 + 4 ist.

Somit gilt:

(29 ⋅ 84) mod 10 ≡ (9 ⋅ 4) mod 10 ≡ 36 mod 10 ≡ 6 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 30532 mod 619.

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. 305 -> x
2. mod(x²,619) -> 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: 3051=305

2: 3052=3051+1=3051⋅3051 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 175 mod 619

4: 3054=3052+2=3052⋅3052 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 294 mod 619

8: 3058=3054+4=3054⋅3054 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 395 mod 619

16: 30516=3058+8=3058⋅3058 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 37 mod 619

32: 30532=30516+16=30516⋅30516 ≡ 37⋅37=1369 ≡ 131 mod 619

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 497158 mod 571.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 158 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 158 an und zerlegen 158 in eine Summer von 2er-Potenzen:

158 = 128+16+8+4+2

1: 4971=497

2: 4972=4971+1=4971⋅4971 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 337 mod 571

4: 4974=4972+2=4972⋅4972 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 511 mod 571

8: 4978=4974+4=4974⋅4974 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 174 mod 571

16: 49716=4978+8=4978⋅4978 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 13 mod 571

32: 49732=49716+16=49716⋅49716 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 571

64: 49764=49732+32=49732⋅49732 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 11 mod 571

128: 497128=49764+64=49764⋅49764 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 571

497158

= 497128+16+8+4+2

= 497128⋅49716⋅4978⋅4974⋅4972

121 ⋅ 13 ⋅ 174 ⋅ 511 ⋅ 337 mod 571
1573 ⋅ 174 ⋅ 511 ⋅ 337 mod 571 ≡ 431 ⋅ 174 ⋅ 511 ⋅ 337 mod 571
74994 ⋅ 511 ⋅ 337 mod 571 ≡ 193 ⋅ 511 ⋅ 337 mod 571
98623 ⋅ 337 mod 571 ≡ 411 ⋅ 337 mod 571
138507 mod 571 ≡ 325 mod 571

Es gilt also: 497158 ≡ 325 mod 571

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 88.

Also bestimme x, so dass 88 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 88

=>101 = 1⋅88 + 13
=>88 = 6⋅13 + 10
=>13 = 1⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,88)=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= 10-3⋅3
3= 13-1⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(13 -1⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅13 +3⋅ 10)
= -3⋅13 +4⋅ 10 (=1)
10= 88-6⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅13 +4⋅(88 -6⋅ 13)
= -3⋅13 +4⋅88 -24⋅ 13)
= 4⋅88 -27⋅ 13 (=1)
13= 101-1⋅88 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅88 -27⋅(101 -1⋅ 88)
= 4⋅88 -27⋅101 +27⋅ 88)
= -27⋅101 +31⋅ 88 (=1)

Es gilt also: ggt(101,88)=1 = -27⋅101 +31⋅88

oder wenn man -27⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +27⋅101 = +31⋅88

Es gilt also: 31⋅88 = 27⋅101 +1

Somit 31⋅88 = 1 mod 101

31 ist also das Inverse von 88 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.