Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (35999 + 8993) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(35999 + 8993) mod 9 ≡ (35999 mod 9 + 8993 mod 9) mod 9.

35999 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35999 = 36000-1 = 9 ⋅ 4000 -1 = 9 ⋅ 4000 - 9 + 8.

8993 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8993 = 9000-7 = 9 ⋅ 1000 -7 = 9 ⋅ 1000 - 9 + 2.

Somit gilt:

(35999 + 8993) mod 9 ≡ (8 + 2) mod 9 ≡ 10 mod 9 ≡ 1 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 22) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(84 ⋅ 22) mod 5 ≡ (84 mod 5 ⋅ 22 mod 5) mod 5.

84 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 80 + 4 = 16 ⋅ 5 + 4 ist.

22 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 20 + 2 = 4 ⋅ 5 + 2 ist.

Somit gilt:

(84 ⋅ 22) mod 5 ≡ (4 ⋅ 2) mod 5 ≡ 8 mod 5 ≡ 3 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 64616 mod 757.

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. 646 -> x
2. mod(x²,757) -> 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: 6461=646

2: 6462=6461+1=6461⋅6461 ≡ 646⋅646=417316 ≡ 209 mod 757

4: 6464=6462+2=6462⋅6462 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 532 mod 757

8: 6468=6464+4=6464⋅6464 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 663 mod 757

16: 64616=6468+8=6468⋅6468 ≡ 663⋅663=439569 ≡ 509 mod 757

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 253253 mod 331.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 253 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 253 an und zerlegen 253 in eine Summer von 2er-Potenzen:

253 = 128+64+32+16+8+4+1

1: 2531=253

2: 2532=2531+1=2531⋅2531 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 126 mod 331

4: 2534=2532+2=2532⋅2532 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 319 mod 331

8: 2538=2534+4=2534⋅2534 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 144 mod 331

16: 25316=2538+8=2538⋅2538 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 214 mod 331

32: 25332=25316+16=25316⋅25316 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 118 mod 331

64: 25364=25332+32=25332⋅25332 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 22 mod 331

128: 253128=25364+64=25364⋅25364 ≡ 22⋅22=484 ≡ 153 mod 331

253253

= 253128+64+32+16+8+4+1

= 253128⋅25364⋅25332⋅25316⋅2538⋅2534⋅2531

153 ⋅ 22 ⋅ 118 ⋅ 214 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331
3366 ⋅ 118 ⋅ 214 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331 ≡ 56 ⋅ 118 ⋅ 214 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331
6608 ⋅ 214 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331 ≡ 319 ⋅ 214 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331
68266 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331 ≡ 80 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331
11520 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331 ≡ 266 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331
84854 ⋅ 253 mod 331 ≡ 118 ⋅ 253 mod 331
29854 mod 331 ≡ 64 mod 331

Es gilt also: 253253 ≡ 64 mod 331

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 43.

Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 43

=>83 = 1⋅43 + 40
=>43 = 1⋅40 + 3
=>40 = 13⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,43)=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= 40-13⋅3
3= 43-1⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅40 -13⋅(43 -1⋅ 40)
= 1⋅40 -13⋅43 +13⋅ 40)
= -13⋅43 +14⋅ 40 (=1)
40= 83-1⋅43 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -13⋅43 +14⋅(83 -1⋅ 43)
= -13⋅43 +14⋅83 -14⋅ 43)
= 14⋅83 -27⋅ 43 (=1)

Es gilt also: ggt(83,43)=1 = 14⋅83 -27⋅43

oder wenn man 14⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -14⋅83 = -27⋅43

-27⋅43 = -14⋅83 + 1 |+83⋅43

-27⋅43 + 83⋅43 = -14⋅83 + 83⋅43 + 1

(-27 + 83) ⋅ 43 = (-14 + 43) ⋅ 83 + 1

56⋅43 = 29⋅83 + 1

Es gilt also: 56⋅43 = 29⋅83 +1

Somit 56⋅43 = 1 mod 83

56 ist also das Inverse von 43 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.