Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15001 - 15001) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15001 - 15001) mod 3 ≡ (15001 mod 3 - 15001 mod 3) mod 3.

15001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15001 = 15000+1 = 3 ⋅ 5000 +1.

15001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15001 = 15000+1 = 3 ⋅ 5000 +1.

Somit gilt:

(15001 - 15001) mod 3 ≡ (1 - 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 15) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(93 ⋅ 15) mod 9 ≡ (93 mod 9 ⋅ 15 mod 9) mod 9.

93 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 10 ⋅ 9 + 3 ist.

15 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 9 + 6 = 1 ⋅ 9 + 6 ist.

Somit gilt:

(93 ⋅ 15) mod 9 ≡ (3 ⋅ 6) mod 9 ≡ 18 mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 53132 mod 619.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 531 -> x
2. mod(x²,619) -> 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: 5311=531

2: 5312=5311+1=5311⋅5311 ≡ 531⋅531=281961 ≡ 316 mod 619

4: 5314=5312+2=5312⋅5312 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 197 mod 619

8: 5318=5314+4=5314⋅5314 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 431 mod 619

16: 53116=5318+8=5318⋅5318 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 61 mod 619

32: 53132=53116+16=53116⋅53116 ≡ 61⋅61=3721 ≡ 7 mod 619

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 350219 mod 821.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 219 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 219 an und zerlegen 219 in eine Summer von 2er-Potenzen:

219 = 128+64+16+8+2+1

1: 3501=350

2: 3502=3501+1=3501⋅3501 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 171 mod 821

4: 3504=3502+2=3502⋅3502 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 506 mod 821

8: 3508=3504+4=3504⋅3504 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 705 mod 821

16: 35016=3508+8=3508⋅3508 ≡ 705⋅705=497025 ≡ 320 mod 821

32: 35032=35016+16=35016⋅35016 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 596 mod 821

64: 35064=35032+32=35032⋅35032 ≡ 596⋅596=355216 ≡ 544 mod 821

128: 350128=35064+64=35064⋅35064 ≡ 544⋅544=295936 ≡ 376 mod 821

350219

= 350128+64+16+8+2+1

= 350128⋅35064⋅35016⋅3508⋅3502⋅3501

376 ⋅ 544 ⋅ 320 ⋅ 705 ⋅ 171 ⋅ 350 mod 821
204544 ⋅ 320 ⋅ 705 ⋅ 171 ⋅ 350 mod 821 ≡ 115 ⋅ 320 ⋅ 705 ⋅ 171 ⋅ 350 mod 821
36800 ⋅ 705 ⋅ 171 ⋅ 350 mod 821 ≡ 676 ⋅ 705 ⋅ 171 ⋅ 350 mod 821
476580 ⋅ 171 ⋅ 350 mod 821 ≡ 400 ⋅ 171 ⋅ 350 mod 821
68400 ⋅ 350 mod 821 ≡ 257 ⋅ 350 mod 821
89950 mod 821 ≡ 461 mod 821

Es gilt also: 350219 ≡ 461 mod 821

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 54

=>59 = 1⋅54 + 5
=>54 = 10⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,54)=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= 5-1⋅4
4= 54-10⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(54 -10⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅54 +10⋅ 5)
= -1⋅54 +11⋅ 5 (=1)
5= 59-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅54 +11⋅(59 -1⋅ 54)
= -1⋅54 +11⋅59 -11⋅ 54)
= 11⋅59 -12⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(59,54)=1 = 11⋅59 -12⋅54

oder wenn man 11⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅59 = -12⋅54

-12⋅54 = -11⋅59 + 1 |+59⋅54

-12⋅54 + 59⋅54 = -11⋅59 + 59⋅54 + 1

(-12 + 59) ⋅ 54 = (-11 + 54) ⋅ 59 + 1

47⋅54 = 43⋅59 + 1

Es gilt also: 47⋅54 = 43⋅59 +1

Somit 47⋅54 = 1 mod 59

47 ist also das Inverse von 54 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.