Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3506 + 27996) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3506 + 27996) mod 7 ≡ (3506 mod 7 + 27996 mod 7) mod 7.

3506 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3506 = 3500+6 = 7 ⋅ 500 +6.

27996 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27996 = 28000-4 = 7 ⋅ 4000 -4 = 7 ⋅ 4000 - 7 + 3.

Somit gilt:

(3506 + 27996) mod 7 ≡ (6 + 3) mod 7 ≡ 9 mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 44) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(68 ⋅ 44) mod 4 ≡ (68 mod 4 ⋅ 44 mod 4) mod 4.

68 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 68 + 0 = 17 ⋅ 4 + 0 ist.

44 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 44 + 0 = 11 ⋅ 4 + 0 ist.

Somit gilt:

(68 ⋅ 44) mod 4 ≡ (0 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 7248 mod 773.

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. 724 -> x
2. mod(x²,773) -> 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: 7241=724

2: 7242=7241+1=7241⋅7241 ≡ 724⋅724=524176 ≡ 82 mod 773

4: 7244=7242+2=7242⋅7242 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 540 mod 773

8: 7248=7244+4=7244⋅7244 ≡ 540⋅540=291600 ≡ 179 mod 773

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 877247 mod 907.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 247 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 247 an und zerlegen 247 in eine Summer von 2er-Potenzen:

247 = 128+64+32+16+4+2+1

1: 8771=877

2: 8772=8771+1=8771⋅8771 ≡ 877⋅877=769129 ≡ 900 mod 907

4: 8774=8772+2=8772⋅8772 ≡ 900⋅900=810000 ≡ 49 mod 907

8: 8778=8774+4=8774⋅8774 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 587 mod 907

16: 87716=8778+8=8778⋅8778 ≡ 587⋅587=344569 ≡ 816 mod 907

32: 87732=87716+16=87716⋅87716 ≡ 816⋅816=665856 ≡ 118 mod 907

64: 87764=87732+32=87732⋅87732 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 319 mod 907

128: 877128=87764+64=87764⋅87764 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 177 mod 907

877247

= 877128+64+32+16+4+2+1

= 877128⋅87764⋅87732⋅87716⋅8774⋅8772⋅8771

177 ⋅ 319 ⋅ 118 ⋅ 816 ⋅ 49 ⋅ 900 ⋅ 877 mod 907
56463 ⋅ 118 ⋅ 816 ⋅ 49 ⋅ 900 ⋅ 877 mod 907 ≡ 229 ⋅ 118 ⋅ 816 ⋅ 49 ⋅ 900 ⋅ 877 mod 907
27022 ⋅ 816 ⋅ 49 ⋅ 900 ⋅ 877 mod 907 ≡ 719 ⋅ 816 ⋅ 49 ⋅ 900 ⋅ 877 mod 907
586704 ⋅ 49 ⋅ 900 ⋅ 877 mod 907 ≡ 782 ⋅ 49 ⋅ 900 ⋅ 877 mod 907
38318 ⋅ 900 ⋅ 877 mod 907 ≡ 224 ⋅ 900 ⋅ 877 mod 907
201600 ⋅ 877 mod 907 ≡ 246 ⋅ 877 mod 907
215742 mod 907 ≡ 783 mod 907

Es gilt also: 877247 ≡ 783 mod 907

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 88.

Also bestimme x, so dass 88 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 88

=>97 = 1⋅88 + 9
=>88 = 9⋅9 + 7
=>9 = 1⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,88)=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= 7-3⋅2
2= 9-1⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(9 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅9 +3⋅ 7)
= -3⋅9 +4⋅ 7 (=1)
7= 88-9⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅9 +4⋅(88 -9⋅ 9)
= -3⋅9 +4⋅88 -36⋅ 9)
= 4⋅88 -39⋅ 9 (=1)
9= 97-1⋅88 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅88 -39⋅(97 -1⋅ 88)
= 4⋅88 -39⋅97 +39⋅ 88)
= -39⋅97 +43⋅ 88 (=1)

Es gilt also: ggt(97,88)=1 = -39⋅97 +43⋅88

oder wenn man -39⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +39⋅97 = +43⋅88

Es gilt also: 43⋅88 = 39⋅97 +1

Somit 43⋅88 = 1 mod 97

43 ist also das Inverse von 88 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.