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: (2695 + 44999) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2695 + 44999) mod 9 ≡ (2695 mod 9 + 44999 mod 9) mod 9.

2695 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2695 = 2700-5 = 9 ⋅ 300 -5 = 9 ⋅ 300 - 9 + 4.

44999 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44999 = 45000-1 = 9 ⋅ 5000 -1 = 9 ⋅ 5000 - 9 + 8.

Somit gilt:

(2695 + 44999) mod 9 ≡ (4 + 8) mod 9 ≡ 12 mod 9 ≡ 3 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (47 ⋅ 97) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(47 ⋅ 97) mod 10 ≡ (47 mod 10 ⋅ 97 mod 10) mod 10.

47 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 40 + 7 = 4 ⋅ 10 + 7 ist.

97 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 90 + 7 = 9 ⋅ 10 + 7 ist.

Somit gilt:

(47 ⋅ 97) mod 10 ≡ (7 ⋅ 7) mod 10 ≡ 49 mod 10 ≡ 9 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 191128 mod 401.

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. 191 -> x
2. mod(x²,401) -> 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: 1911=191

2: 1912=1911+1=1911⋅1911 ≡ 191⋅191=36481 ≡ 391 mod 401

4: 1914=1912+2=1912⋅1912 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 100 mod 401

8: 1918=1914+4=1914⋅1914 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 376 mod 401

16: 19116=1918+8=1918⋅1918 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 224 mod 401

32: 19132=19116+16=19116⋅19116 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 51 mod 401

64: 19164=19132+32=19132⋅19132 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 195 mod 401

128: 191128=19164+64=19164⋅19164 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 331 mod 401

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 52385 mod 877.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 85 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 85 an und zerlegen 85 in eine Summer von 2er-Potenzen:

85 = 64+16+4+1

1: 5231=523

2: 5232=5231+1=5231⋅5231 ≡ 523⋅523=273529 ≡ 782 mod 877

4: 5234=5232+2=5232⋅5232 ≡ 782⋅782=611524 ≡ 255 mod 877

8: 5238=5234+4=5234⋅5234 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 127 mod 877

16: 52316=5238+8=5238⋅5238 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 343 mod 877

32: 52332=52316+16=52316⋅52316 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 131 mod 877

64: 52364=52332+32=52332⋅52332 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 498 mod 877

52385

= 52364+16+4+1

= 52364⋅52316⋅5234⋅5231

498 ⋅ 343 ⋅ 255 ⋅ 523 mod 877
170814 ⋅ 255 ⋅ 523 mod 877 ≡ 676 ⋅ 255 ⋅ 523 mod 877
172380 ⋅ 523 mod 877 ≡ 488 ⋅ 523 mod 877
255224 mod 877 ≡ 17 mod 877

Es gilt also: 52385 ≡ 17 mod 877

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 83.

Also bestimme x, so dass 83 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 83

=>97 = 1⋅83 + 14
=>83 = 5⋅14 + 13
=>14 = 1⋅13 + 1
=>13 = 13⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,83)=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= 14-1⋅13
13= 83-5⋅14 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅14 -1⋅(83 -5⋅ 14)
= 1⋅14 -1⋅83 +5⋅ 14)
= -1⋅83 +6⋅ 14 (=1)
14= 97-1⋅83 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅83 +6⋅(97 -1⋅ 83)
= -1⋅83 +6⋅97 -6⋅ 83)
= 6⋅97 -7⋅ 83 (=1)

Es gilt also: ggt(97,83)=1 = 6⋅97 -7⋅83

oder wenn man 6⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -6⋅97 = -7⋅83

-7⋅83 = -6⋅97 + 1 |+97⋅83

-7⋅83 + 97⋅83 = -6⋅97 + 97⋅83 + 1

(-7 + 97) ⋅ 83 = (-6 + 83) ⋅ 97 + 1

90⋅83 = 77⋅97 + 1

Es gilt also: 90⋅83 = 77⋅97 +1

Somit 90⋅83 = 1 mod 97

90 ist also das Inverse von 83 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.