Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (27000 + 178) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(27000 + 178) mod 9 ≡ (27000 mod 9 + 178 mod 9) mod 9.

27000 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27000 = 27000+0 = 9 ⋅ 3000 +0.

178 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 178 = 180-2 = 9 ⋅ 20 -2 = 9 ⋅ 20 - 9 + 7.

Somit gilt:

(27000 + 178) mod 9 ≡ (0 + 7) mod 9 ≡ 7 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (95 ⋅ 17) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(95 ⋅ 17) mod 3 ≡ (95 mod 3 ⋅ 17 mod 3) mod 3.

95 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 93 + 2 = 31 ⋅ 3 + 2 ist.

17 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 15 + 2 = 5 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(95 ⋅ 17) mod 3 ≡ (2 ⋅ 2) mod 3 ≡ 4 mod 3 ≡ 1 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 40816 mod 617.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 408 -> x
2. mod(x²,617) -> 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: 4081=408

2: 4082=4081+1=4081⋅4081 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 491 mod 617

4: 4084=4082+2=4082⋅4082 ≡ 491⋅491=241081 ≡ 451 mod 617

8: 4088=4084+4=4084⋅4084 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 408 mod 617

16: 40816=4088+8=4088⋅4088 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 491 mod 617

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 249252 mod 353.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 252 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 252 an und zerlegen 252 in eine Summer von 2er-Potenzen:

252 = 128+64+32+16+8+4

1: 2491=249

2: 2492=2491+1=2491⋅2491 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 226 mod 353

4: 2494=2492+2=2492⋅2492 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 244 mod 353

8: 2498=2494+4=2494⋅2494 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 232 mod 353

16: 24916=2498+8=2498⋅2498 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 168 mod 353

32: 24932=24916+16=24916⋅24916 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 337 mod 353

64: 24964=24932+32=24932⋅24932 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 256 mod 353

128: 249128=24964+64=24964⋅24964 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 231 mod 353

249252

= 249128+64+32+16+8+4

= 249128⋅24964⋅24932⋅24916⋅2498⋅2494

231 ⋅ 256 ⋅ 337 ⋅ 168 ⋅ 232 ⋅ 244 mod 353
59136 ⋅ 337 ⋅ 168 ⋅ 232 ⋅ 244 mod 353 ≡ 185 ⋅ 337 ⋅ 168 ⋅ 232 ⋅ 244 mod 353
62345 ⋅ 168 ⋅ 232 ⋅ 244 mod 353 ≡ 217 ⋅ 168 ⋅ 232 ⋅ 244 mod 353
36456 ⋅ 232 ⋅ 244 mod 353 ≡ 97 ⋅ 232 ⋅ 244 mod 353
22504 ⋅ 244 mod 353 ≡ 265 ⋅ 244 mod 353
64660 mod 353 ≡ 61 mod 353

Es gilt also: 249252 ≡ 61 mod 353

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 58.

Also bestimme x, so dass 58 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 58

=>97 = 1⋅58 + 39
=>58 = 1⋅39 + 19
=>39 = 2⋅19 + 1
=>19 = 19⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,58)=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= 39-2⋅19
19= 58-1⋅39 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅39 -2⋅(58 -1⋅ 39)
= 1⋅39 -2⋅58 +2⋅ 39)
= -2⋅58 +3⋅ 39 (=1)
39= 97-1⋅58 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅58 +3⋅(97 -1⋅ 58)
= -2⋅58 +3⋅97 -3⋅ 58)
= 3⋅97 -5⋅ 58 (=1)

Es gilt also: ggt(97,58)=1 = 3⋅97 -5⋅58

oder wenn man 3⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅97 = -5⋅58

-5⋅58 = -3⋅97 + 1 |+97⋅58

-5⋅58 + 97⋅58 = -3⋅97 + 97⋅58 + 1

(-5 + 97) ⋅ 58 = (-3 + 58) ⋅ 97 + 1

92⋅58 = 55⋅97 + 1

Es gilt also: 92⋅58 = 55⋅97 +1

Somit 92⋅58 = 1 mod 97

92 ist also das Inverse von 58 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.