Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2695 + 1798) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2695 + 1798) mod 9 ≡ (2695 mod 9 + 1798 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.

1798 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1798 = 1800-2 = 9 ⋅ 200 -2 = 9 ⋅ 200 - 9 + 7.

Somit gilt:

(2695 + 1798) mod 9 ≡ (4 + 7) mod 9 ≡ 11 mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 43) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 43) mod 5 ≡ (58 mod 5 ⋅ 43 mod 5) mod 5.

58 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 55 + 3 = 11 ⋅ 5 + 3 ist.

43 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 40 + 3 = 8 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 43) mod 5 ≡ (3 ⋅ 3) mod 5 ≡ 9 mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 76564 mod 811.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 765 -> x
2. mod(x²,811) -> 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: 7651=765

2: 7652=7651+1=7651⋅7651 ≡ 765⋅765=585225 ≡ 494 mod 811

4: 7654=7652+2=7652⋅7652 ≡ 494⋅494=244036 ≡ 736 mod 811

8: 7658=7654+4=7654⋅7654 ≡ 736⋅736=541696 ≡ 759 mod 811

16: 76516=7658+8=7658⋅7658 ≡ 759⋅759=576081 ≡ 271 mod 811

32: 76532=76516+16=76516⋅76516 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 451 mod 811

64: 76564=76532+32=76532⋅76532 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 651 mod 811

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 28362 mod 443.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 62 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 62 an und zerlegen 62 in eine Summer von 2er-Potenzen:

62 = 32+16+8+4+2

1: 2831=283

2: 2832=2831+1=2831⋅2831 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 349 mod 443

4: 2834=2832+2=2832⋅2832 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 419 mod 443

8: 2838=2834+4=2834⋅2834 ≡ 419⋅419=175561 ≡ 133 mod 443

16: 28316=2838+8=2838⋅2838 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 412 mod 443

32: 28332=28316+16=28316⋅28316 ≡ 412⋅412=169744 ≡ 75 mod 443

28362

= 28332+16+8+4+2

= 28332⋅28316⋅2838⋅2834⋅2832

75 ⋅ 412 ⋅ 133 ⋅ 419 ⋅ 349 mod 443
30900 ⋅ 133 ⋅ 419 ⋅ 349 mod 443 ≡ 333 ⋅ 133 ⋅ 419 ⋅ 349 mod 443
44289 ⋅ 419 ⋅ 349 mod 443 ≡ 432 ⋅ 419 ⋅ 349 mod 443
181008 ⋅ 349 mod 443 ≡ 264 ⋅ 349 mod 443
92136 mod 443 ≡ 435 mod 443

Es gilt also: 28362 ≡ 435 mod 443

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 86.

Also bestimme x, so dass 86 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 86

=>97 = 1⋅86 + 11
=>86 = 7⋅11 + 9
=>11 = 1⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,86)=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= 9-4⋅2
2= 11-1⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(11 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅11 +4⋅ 9)
= -4⋅11 +5⋅ 9 (=1)
9= 86-7⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅11 +5⋅(86 -7⋅ 11)
= -4⋅11 +5⋅86 -35⋅ 11)
= 5⋅86 -39⋅ 11 (=1)
11= 97-1⋅86 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅86 -39⋅(97 -1⋅ 86)
= 5⋅86 -39⋅97 +39⋅ 86)
= -39⋅97 +44⋅ 86 (=1)

Es gilt also: ggt(97,86)=1 = -39⋅97 +44⋅86

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

1 +39⋅97 = +44⋅86

Es gilt also: 44⋅86 = 39⋅97 +1

Somit 44⋅86 = 1 mod 97

44 ist also das Inverse von 86 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.