Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (498 - 1996) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(498 - 1996) mod 5 ≡ (498 mod 5 - 1996 mod 5) mod 5.

498 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 498 = 400+98 = 5 ⋅ 80 +98.

1996 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1996 = 1900+96 = 5 ⋅ 380 +96.

Somit gilt:

(498 - 1996) mod 5 ≡ (3 - 1) mod 5 ≡ 2 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 75) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(61 ⋅ 75) mod 8 ≡ (61 mod 8 ⋅ 75 mod 8) mod 8.

61 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 56 + 5 = 7 ⋅ 8 + 5 ist.

75 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 9 ⋅ 8 + 3 ist.

Somit gilt:

(61 ⋅ 75) mod 8 ≡ (5 ⋅ 3) mod 8 ≡ 15 mod 8 ≡ 7 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 1598 mod 269.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 159 -> x
2. mod(x²,269) -> 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: 1591=159

2: 1592=1591+1=1591⋅1591 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 264 mod 269

4: 1594=1592+2=1592⋅1592 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 25 mod 269

8: 1598=1594+4=1594⋅1594 ≡ 25⋅25=625 ≡ 87 mod 269

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 146245 mod 269.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:

245 = 128+64+32+16+4+1

1: 1461=146

2: 1462=1461+1=1461⋅1461 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 65 mod 269

4: 1464=1462+2=1462⋅1462 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 190 mod 269

8: 1468=1464+4=1464⋅1464 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 54 mod 269

16: 14616=1468+8=1468⋅1468 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 226 mod 269

32: 14632=14616+16=14616⋅14616 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 235 mod 269

64: 14664=14632+32=14632⋅14632 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 80 mod 269

128: 146128=14664+64=14664⋅14664 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 213 mod 269

146245

= 146128+64+32+16+4+1

= 146128⋅14664⋅14632⋅14616⋅1464⋅1461

213 ⋅ 80 ⋅ 235 ⋅ 226 ⋅ 190 ⋅ 146 mod 269
17040 ⋅ 235 ⋅ 226 ⋅ 190 ⋅ 146 mod 269 ≡ 93 ⋅ 235 ⋅ 226 ⋅ 190 ⋅ 146 mod 269
21855 ⋅ 226 ⋅ 190 ⋅ 146 mod 269 ≡ 66 ⋅ 226 ⋅ 190 ⋅ 146 mod 269
14916 ⋅ 190 ⋅ 146 mod 269 ≡ 121 ⋅ 190 ⋅ 146 mod 269
22990 ⋅ 146 mod 269 ≡ 125 ⋅ 146 mod 269
18250 mod 269 ≡ 227 mod 269

Es gilt also: 146245 ≡ 227 mod 269

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 36.

Also bestimme x, so dass 36 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 36

=>89 = 2⋅36 + 17
=>36 = 2⋅17 + 2
=>17 = 8⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,36)=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= 17-8⋅2
2= 36-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17)
= -8⋅36 +17⋅ 17 (=1)
17= 89-2⋅36 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -8⋅36 +17⋅(89 -2⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅89 -34⋅ 36)
= 17⋅89 -42⋅ 36 (=1)

Es gilt also: ggt(89,36)=1 = 17⋅89 -42⋅36

oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅89 = -42⋅36

-42⋅36 = -17⋅89 + 1 |+89⋅36

-42⋅36 + 89⋅36 = -17⋅89 + 89⋅36 + 1

(-42 + 89) ⋅ 36 = (-17 + 36) ⋅ 89 + 1

47⋅36 = 19⋅89 + 1

Es gilt also: 47⋅36 = 19⋅89 +1

Somit 47⋅36 = 1 mod 89

47 ist also das Inverse von 36 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.