Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (44991 - 26998) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(44991 - 26998) mod 9 ≡ (44991 mod 9 - 26998 mod 9) mod 9.

44991 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44991 = 45000-9 = 9 ⋅ 5000 -9 = 9 ⋅ 5000 - 9 + 0.

26998 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26998 = 27000-2 = 9 ⋅ 3000 -2 = 9 ⋅ 3000 - 9 + 7.

Somit gilt:

(44991 - 26998) mod 9 ≡ (0 - 7) mod 9 ≡ -7 mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 23) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(46 ⋅ 23) mod 8 ≡ (46 mod 8 ⋅ 23 mod 8) mod 8.

46 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 40 + 6 = 5 ⋅ 8 + 6 ist.

23 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 16 + 7 = 2 ⋅ 8 + 7 ist.

Somit gilt:

(46 ⋅ 23) mod 8 ≡ (6 ⋅ 7) mod 8 ≡ 42 mod 8 ≡ 2 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 289128 mod 307.

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. 289 -> x
2. mod(x²,307) -> 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: 2891=289

2: 2892=2891+1=2891⋅2891 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 17 mod 307

4: 2894=2892+2=2892⋅2892 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 307

8: 2898=2894+4=2894⋅2894 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 17 mod 307

16: 28916=2898+8=2898⋅2898 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 307

32: 28932=28916+16=28916⋅28916 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 17 mod 307

64: 28964=28932+32=28932⋅28932 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 307

128: 289128=28964+64=28964⋅28964 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 17 mod 307

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 379115 mod 397.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 115 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 115 an und zerlegen 115 in eine Summer von 2er-Potenzen:

115 = 64+32+16+2+1

1: 3791=379

2: 3792=3791+1=3791⋅3791 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 324 mod 397

4: 3794=3792+2=3792⋅3792 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 168 mod 397

8: 3798=3794+4=3794⋅3794 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 37 mod 397

16: 37916=3798+8=3798⋅3798 ≡ 37⋅37=1369 ≡ 178 mod 397

32: 37932=37916+16=37916⋅37916 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 321 mod 397

64: 37964=37932+32=37932⋅37932 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 218 mod 397

379115

= 37964+32+16+2+1

= 37964⋅37932⋅37916⋅3792⋅3791

218 ⋅ 321 ⋅ 178 ⋅ 324 ⋅ 379 mod 397
69978 ⋅ 178 ⋅ 324 ⋅ 379 mod 397 ≡ 106 ⋅ 178 ⋅ 324 ⋅ 379 mod 397
18868 ⋅ 324 ⋅ 379 mod 397 ≡ 209 ⋅ 324 ⋅ 379 mod 397
67716 ⋅ 379 mod 397 ≡ 226 ⋅ 379 mod 397
85654 mod 397 ≡ 299 mod 397

Es gilt also: 379115 ≡ 299 mod 397

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 54

=>73 = 1⋅54 + 19
=>54 = 2⋅19 + 16
=>19 = 1⋅16 + 3
=>16 = 5⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,54)=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= 16-5⋅3
3= 19-1⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -5⋅(19 -1⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅19 +5⋅ 16)
= -5⋅19 +6⋅ 16 (=1)
16= 54-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅19 +6⋅(54 -2⋅ 19)
= -5⋅19 +6⋅54 -12⋅ 19)
= 6⋅54 -17⋅ 19 (=1)
19= 73-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅54 -17⋅(73 -1⋅ 54)
= 6⋅54 -17⋅73 +17⋅ 54)
= -17⋅73 +23⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(73,54)=1 = -17⋅73 +23⋅54

oder wenn man -17⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅73 = +23⋅54

Es gilt also: 23⋅54 = 17⋅73 +1

Somit 23⋅54 = 1 mod 73

23 ist also das Inverse von 54 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.