Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1791 - 3602) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1791 - 3602) mod 9 ≡ (1791 mod 9 - 3602 mod 9) mod 9.

1791 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1791 = 1800-9 = 9 ⋅ 200 -9 = 9 ⋅ 200 - 9 + 0.

3602 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3602 = 3600+2 = 9 ⋅ 400 +2.

Somit gilt:

(1791 - 3602) mod 9 ≡ (0 - 2) mod 9 ≡ -2 mod 9 ≡ 7 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (78 ⋅ 89) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(78 ⋅ 89) mod 8 ≡ (78 mod 8 ⋅ 89 mod 8) mod 8.

78 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 72 + 6 = 9 ⋅ 8 + 6 ist.

89 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 88 + 1 = 11 ⋅ 8 + 1 ist.

Somit gilt:

(78 ⋅ 89) mod 8 ≡ (6 ⋅ 1) mod 8 ≡ 6 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 9364 mod 223.

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. 93 -> x
2. mod(x²,223) -> 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: 931=93

2: 932=931+1=931⋅931 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 175 mod 223

4: 934=932+2=932⋅932 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 74 mod 223

8: 938=934+4=934⋅934 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 124 mod 223

16: 9316=938+8=938⋅938 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 212 mod 223

32: 9332=9316+16=9316⋅9316 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 121 mod 223

64: 9364=9332+32=9332⋅9332 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 146 mod 223

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 24062 mod 523.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 62 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 62 an und zerlegen 62 in eine Summer von 2er-Potenzen:

62 = 32+16+8+4+2

1: 2401=240

2: 2402=2401+1=2401⋅2401 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 70 mod 523

4: 2404=2402+2=2402⋅2402 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 193 mod 523

8: 2408=2404+4=2404⋅2404 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 116 mod 523

16: 24016=2408+8=2408⋅2408 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 381 mod 523

32: 24032=24016+16=24016⋅24016 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 290 mod 523

24062

= 24032+16+8+4+2

= 24032⋅24016⋅2408⋅2404⋅2402

≡ 290 ⋅ 381 ⋅ 116 ⋅ 193 ⋅ 70 mod 523
≡ 110490 ⋅ 116 ⋅ 193 ⋅ 70 mod 523 ≡ 137 ⋅ 116 ⋅ 193 ⋅ 70 mod 523
≡ 15892 ⋅ 193 ⋅ 70 mod 523 ≡ 202 ⋅ 193 ⋅ 70 mod 523
≡ 38986 ⋅ 70 mod 523 ≡ 284 ⋅ 70 mod 523
≡ 19880 mod 523 ≡ 6 mod 523

Es gilt also: 24062 ≡ 6 mod 523

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 31

=>89 = 2⋅31 + 27
=>31 = 1⋅27 + 4
=>27 = 6⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,31)=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= 4-1⋅3
3= 27-6⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(27 -6⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅27 +6⋅ 4)
= -1⋅27 +7⋅ 4 (=1)
4= 31-1⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅27 +7⋅(31 -1⋅ 27)
= -1⋅27 +7⋅31 -7⋅ 27)
= 7⋅31 -8⋅ 27 (=1)
27= 89-2⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅31 -8⋅(89 -2⋅ 31)
= 7⋅31 -8⋅89 +16⋅ 31)
= -8⋅89 +23⋅ 31 (=1)

Es gilt also: ggt(89,31)=1 = -8⋅89 +23⋅31

oder wenn man -8⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +8⋅89 = +23⋅31

Es gilt also: 23⋅31 = 8⋅89 +1

Somit 23⋅31 = 1 mod 89

23 ist also das Inverse von 31 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.