Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3599 + 26997) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3599 + 26997) mod 9 ≡ (3599 mod 9 + 26997 mod 9) mod 9.

3599 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3599 = 3600-1 = 9 ⋅ 400 -1 = 9 ⋅ 400 - 9 + 8.

26997 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26997 = 27000-3 = 9 ⋅ 3000 -3 = 9 ⋅ 3000 - 9 + 6.

Somit gilt:

(3599 + 26997) mod 9 ≡ (8 + 6) mod 9 ≡ 14 mod 9 ≡ 5 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 75) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(93 ⋅ 75) mod 11 ≡ (93 mod 11 ⋅ 75 mod 11) mod 11.

93 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 88 + 5 = 8 ⋅ 11 + 5 ist.

75 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 66 + 9 = 6 ⋅ 11 + 9 ist.

Somit gilt:

(93 ⋅ 75) mod 11 ≡ (5 ⋅ 9) mod 11 ≡ 45 mod 11 ≡ 1 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 41532 mod 547.

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. 415 -> 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: 4151=415

2: 4152=4151+1=4151⋅4151 ≡ 415⋅415=172225 ≡ 467 mod 547

4: 4154=4152+2=4152⋅4152 ≡ 467⋅467=218089 ≡ 383 mod 547

8: 4158=4154+4=4154⋅4154 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 93 mod 547

16: 41516=4158+8=4158⋅4158 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 444 mod 547

32: 41532=41516+16=41516⋅41516 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 216 mod 547

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 340181 mod 967.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 181 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 181 an und zerlegen 181 in eine Summer von 2er-Potenzen:

181 = 128+32+16+4+1

1: 3401=340

2: 3402=3401+1=3401⋅3401 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 527 mod 967

4: 3404=3402+2=3402⋅3402 ≡ 527⋅527=277729 ≡ 200 mod 967

8: 3408=3404+4=3404⋅3404 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 353 mod 967

16: 34016=3408+8=3408⋅3408 ≡ 353⋅353=124609 ≡ 833 mod 967

32: 34032=34016+16=34016⋅34016 ≡ 833⋅833=693889 ≡ 550 mod 967

64: 34064=34032+32=34032⋅34032 ≡ 550⋅550=302500 ≡ 796 mod 967

128: 340128=34064+64=34064⋅34064 ≡ 796⋅796=633616 ≡ 231 mod 967

340181

= 340128+32+16+4+1

= 340128⋅34032⋅34016⋅3404⋅3401

231 ⋅ 550 ⋅ 833 ⋅ 200 ⋅ 340 mod 967
127050 ⋅ 833 ⋅ 200 ⋅ 340 mod 967 ≡ 373 ⋅ 833 ⋅ 200 ⋅ 340 mod 967
310709 ⋅ 200 ⋅ 340 mod 967 ≡ 302 ⋅ 200 ⋅ 340 mod 967
60400 ⋅ 340 mod 967 ≡ 446 ⋅ 340 mod 967
151640 mod 967 ≡ 788 mod 967

Es gilt also: 340181 ≡ 788 mod 967

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 43.

Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 43

=>53 = 1⋅43 + 10
=>43 = 4⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,43)=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= 43-4⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(43 -4⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅43 +12⋅ 10)
= -3⋅43 +13⋅ 10 (=1)
10= 53-1⋅43 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅43 +13⋅(53 -1⋅ 43)
= -3⋅43 +13⋅53 -13⋅ 43)
= 13⋅53 -16⋅ 43 (=1)

Es gilt also: ggt(53,43)=1 = 13⋅53 -16⋅43

oder wenn man 13⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅53 = -16⋅43

-16⋅43 = -13⋅53 + 1 |+53⋅43

-16⋅43 + 53⋅43 = -13⋅53 + 53⋅43 + 1

(-16 + 53) ⋅ 43 = (-13 + 43) ⋅ 53 + 1

37⋅43 = 30⋅53 + 1

Es gilt also: 37⋅43 = 30⋅53 +1

Somit 37⋅43 = 1 mod 53

37 ist also das Inverse von 43 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.