Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (17992 - 268) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(17992 - 268) mod 9 ≡ (17992 mod 9 - 268 mod 9) mod 9.

17992 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17992 = 18000-8 = 9 ⋅ 2000 -8 = 9 ⋅ 2000 - 9 + 1.

268 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 268 = 270-2 = 9 ⋅ 30 -2 = 9 ⋅ 30 - 9 + 7.

Somit gilt:

(17992 - 268) mod 9 ≡ (1 - 7) mod 9 ≡ -6 mod 9 ≡ 3 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (41 ⋅ 19) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(41 ⋅ 19) mod 10 ≡ (41 mod 10 ⋅ 19 mod 10) mod 10.

41 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 40 + 1 = 4 ⋅ 10 + 1 ist.

19 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 10 + 9 = 1 ⋅ 10 + 9 ist.

Somit gilt:

(41 ⋅ 19) mod 10 ≡ (1 ⋅ 9) mod 10 ≡ 9 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 423128 mod 863.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 423 -> x
2. mod(x²,863) -> 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: 4231=423

2: 4232=4231+1=4231⋅4231 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 288 mod 863

4: 4234=4232+2=4232⋅4232 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 96 mod 863

8: 4238=4234+4=4234⋅4234 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 586 mod 863

16: 42316=4238+8=4238⋅4238 ≡ 586⋅586=343396 ≡ 785 mod 863

32: 42332=42316+16=42316⋅42316 ≡ 785⋅785=616225 ≡ 43 mod 863

64: 42364=42332+32=42332⋅42332 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 123 mod 863

128: 423128=42364+64=42364⋅42364 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 458 mod 863

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 199142 mod 541.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 142 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 142 an und zerlegen 142 in eine Summer von 2er-Potenzen:

142 = 128+8+4+2

1: 1991=199

2: 1992=1991+1=1991⋅1991 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 108 mod 541

4: 1994=1992+2=1992⋅1992 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 303 mod 541

8: 1998=1994+4=1994⋅1994 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 380 mod 541

16: 19916=1998+8=1998⋅1998 ≡ 380⋅380=144400 ≡ 494 mod 541

32: 19932=19916+16=19916⋅19916 ≡ 494⋅494=244036 ≡ 45 mod 541

64: 19964=19932+32=19932⋅19932 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 402 mod 541

128: 199128=19964+64=19964⋅19964 ≡ 402⋅402=161604 ≡ 386 mod 541

199142

= 199128+8+4+2

= 199128⋅1998⋅1994⋅1992

≡ 386 ⋅ 380 ⋅ 303 ⋅ 108 mod 541
≡ 146680 ⋅ 303 ⋅ 108 mod 541 ≡ 69 ⋅ 303 ⋅ 108 mod 541
≡ 20907 ⋅ 108 mod 541 ≡ 349 ⋅ 108 mod 541
≡ 37692 mod 541 ≡ 363 mod 541

Es gilt also: 199142 ≡ 363 mod 541

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 40.

Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 40

=>89 = 2⋅40 + 9
=>40 = 4⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,40)=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= 9-2⋅4
4= 40-4⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(40 -4⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅40 +8⋅ 9)
= -2⋅40 +9⋅ 9 (=1)
9= 89-2⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅40 +9⋅(89 -2⋅ 40)
= -2⋅40 +9⋅89 -18⋅ 40)
= 9⋅89 -20⋅ 40 (=1)

Es gilt also: ggt(89,40)=1 = 9⋅89 -20⋅40

oder wenn man 9⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅89 = -20⋅40

-20⋅40 = -9⋅89 + 1 |+89⋅40

-20⋅40 + 89⋅40 = -9⋅89 + 89⋅40 + 1

(-20 + 89) ⋅ 40 = (-9 + 40) ⋅ 89 + 1

69⋅40 = 31⋅89 + 1

Es gilt also: 69⋅40 = 31⋅89 +1

Somit 69⋅40 = 1 mod 89

69 ist also das Inverse von 40 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.