Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (4496 - 4501) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(4496 - 4501) mod 9 ≡ (4496 mod 9 - 4501 mod 9) mod 9.

4496 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4496 = 4500-4 = 9 ⋅ 500 -4 = 9 ⋅ 500 - 9 + 5.

4501 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4501 = 4500+1 = 9 ⋅ 500 +1.

Somit gilt:

(4496 - 4501) mod 9 ≡ (5 - 1) mod 9 ≡ 4 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (37 ⋅ 25) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(37 ⋅ 25) mod 7 ≡ (37 mod 7 ⋅ 25 mod 7) mod 7.

37 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 35 + 2 = 5 ⋅ 7 + 2 ist.

25 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 21 + 4 = 3 ⋅ 7 + 4 ist.

Somit gilt:

(37 ⋅ 25) mod 7 ≡ (2 ⋅ 4) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 40632 mod 653.

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. 406 -> x
2. mod(x²,653) -> 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: 4061=406

2: 4062=4061+1=4061⋅4061 ≡ 406⋅406=164836 ≡ 280 mod 653

4: 4064=4062+2=4062⋅4062 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 40 mod 653

8: 4068=4064+4=4064⋅4064 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 294 mod 653

16: 40616=4068+8=4068⋅4068 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 240 mod 653

32: 40632=40616+16=40616⋅40616 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 136 mod 653

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 148218 mod 311.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 218 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 218 an und zerlegen 218 in eine Summer von 2er-Potenzen:

218 = 128+64+16+8+2

1: 1481=148

2: 1482=1481+1=1481⋅1481 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 134 mod 311

4: 1484=1482+2=1482⋅1482 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 229 mod 311

8: 1488=1484+4=1484⋅1484 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 193 mod 311

16: 14816=1488+8=1488⋅1488 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 240 mod 311

32: 14832=14816+16=14816⋅14816 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 65 mod 311

64: 14864=14832+32=14832⋅14832 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 182 mod 311

128: 148128=14864+64=14864⋅14864 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 158 mod 311

148218

= 148128+64+16+8+2

= 148128⋅14864⋅14816⋅1488⋅1482

158 ⋅ 182 ⋅ 240 ⋅ 193 ⋅ 134 mod 311
28756 ⋅ 240 ⋅ 193 ⋅ 134 mod 311 ≡ 144 ⋅ 240 ⋅ 193 ⋅ 134 mod 311
34560 ⋅ 193 ⋅ 134 mod 311 ≡ 39 ⋅ 193 ⋅ 134 mod 311
7527 ⋅ 134 mod 311 ≡ 63 ⋅ 134 mod 311
8442 mod 311 ≡ 45 mod 311

Es gilt also: 148218 ≡ 45 mod 311

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 28.

Also bestimme x, so dass 28 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 28

=>67 = 2⋅28 + 11
=>28 = 2⋅11 + 6
=>11 = 1⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,28)=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= 6-1⋅5
5= 11-1⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(11 -1⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅11 +1⋅ 6)
= -1⋅11 +2⋅ 6 (=1)
6= 28-2⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅11 +2⋅(28 -2⋅ 11)
= -1⋅11 +2⋅28 -4⋅ 11)
= 2⋅28 -5⋅ 11 (=1)
11= 67-2⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅28 -5⋅(67 -2⋅ 28)
= 2⋅28 -5⋅67 +10⋅ 28)
= -5⋅67 +12⋅ 28 (=1)

Es gilt also: ggt(67,28)=1 = -5⋅67 +12⋅28

oder wenn man -5⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅67 = +12⋅28

Es gilt also: 12⋅28 = 5⋅67 +1

Somit 12⋅28 = 1 mod 67

12 ist also das Inverse von 28 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.