Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (6001 + 599) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(6001 + 599) mod 3 ≡ (6001 mod 3 + 599 mod 3) mod 3.

6001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6001 = 6000+1 = 3 ⋅ 2000 +1.

599 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 599 = 600-1 = 3 ⋅ 200 -1 = 3 ⋅ 200 - 3 + 2.

Somit gilt:

(6001 + 599) mod 3 ≡ (1 + 2) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 42) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18 ⋅ 42) mod 6 ≡ (18 mod 6 ⋅ 42 mod 6) mod 6.

18 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 18 + 0 = 3 ⋅ 6 + 0 ist.

42 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 42 + 0 = 7 ⋅ 6 + 0 ist.

Somit gilt:

(18 ⋅ 42) mod 6 ≡ (0 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 269128 mod 547.

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. 269 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 2691=269

2: 2692=2691+1=2691⋅2691 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 157 mod 547

4: 2694=2692+2=2692⋅2692 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 34 mod 547

8: 2698=2694+4=2694⋅2694 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 62 mod 547

16: 26916=2698+8=2698⋅2698 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 15 mod 547

32: 26932=26916+16=26916⋅26916 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 547

64: 26964=26932+32=26932⋅26932 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 301 mod 547

128: 269128=26964+64=26964⋅26964 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 346 mod 547

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23990 mod 293.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 90 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 90 an und zerlegen 90 in eine Summer von 2er-Potenzen:

90 = 64+16+8+2

1: 2391=239

2: 2392=2391+1=2391⋅2391 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 279 mod 293

4: 2394=2392+2=2392⋅2392 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 196 mod 293

8: 2398=2394+4=2394⋅2394 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 33 mod 293

16: 23916=2398+8=2398⋅2398 ≡ 33⋅33=1089 ≡ 210 mod 293

32: 23932=23916+16=23916⋅23916 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 150 mod 293

64: 23964=23932+32=23932⋅23932 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 232 mod 293

23990

= 23964+16+8+2

= 23964⋅23916⋅2398⋅2392

232 ⋅ 210 ⋅ 33 ⋅ 279 mod 293
48720 ⋅ 33 ⋅ 279 mod 293 ≡ 82 ⋅ 33 ⋅ 279 mod 293
2706 ⋅ 279 mod 293 ≡ 69 ⋅ 279 mod 293
19251 mod 293 ≡ 206 mod 293

Es gilt also: 23990 ≡ 206 mod 293

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 33.

Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 33

=>89 = 2⋅33 + 23
=>33 = 1⋅23 + 10
=>23 = 2⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,33)=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= 10-3⋅3
3= 23-2⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(23 -2⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅23 +6⋅ 10)
= -3⋅23 +7⋅ 10 (=1)
10= 33-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +7⋅(33 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +7⋅33 -7⋅ 23)
= 7⋅33 -10⋅ 23 (=1)
23= 89-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅33 -10⋅(89 -2⋅ 33)
= 7⋅33 -10⋅89 +20⋅ 33)
= -10⋅89 +27⋅ 33 (=1)

Es gilt also: ggt(89,33)=1 = -10⋅89 +27⋅33

oder wenn man -10⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +10⋅89 = +27⋅33

Es gilt also: 27⋅33 = 10⋅89 +1

Somit 27⋅33 = 1 mod 89

27 ist also das Inverse von 33 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.