Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (4500 - 35996) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(4500 - 35996) mod 9 ≡ (4500 mod 9 - 35996 mod 9) mod 9.

4500 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4500 = 4500+0 = 9 ⋅ 500 +0.

35996 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35996 = 36000-4 = 9 ⋅ 4000 -4 = 9 ⋅ 4000 - 9 + 5.

Somit gilt:

(4500 - 35996) mod 9 ≡ (0 - 5) mod 9 ≡ -5 mod 9 ≡ 4 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (25 ⋅ 42) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(25 ⋅ 42) mod 10 ≡ (25 mod 10 ⋅ 42 mod 10) mod 10.

25 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 20 + 5 = 2 ⋅ 10 + 5 ist.

42 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 40 + 2 = 4 ⋅ 10 + 2 ist.

Somit gilt:

(25 ⋅ 42) mod 10 ≡ (5 ⋅ 2) mod 10 ≡ 10 mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 51616 mod 983.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 516 -> x
2. mod(x²,983) -> 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: 5161=516

2: 5162=5161+1=5161⋅5161 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 846 mod 983

4: 5164=5162+2=5162⋅5162 ≡ 846⋅846=715716 ≡ 92 mod 983

8: 5168=5164+4=5164⋅5164 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 600 mod 983

16: 51616=5168+8=5168⋅5168 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 222 mod 983

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 154213 mod 449.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 213 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 213 an und zerlegen 213 in eine Summer von 2er-Potenzen:

213 = 128+64+16+4+1

1: 1541=154

2: 1542=1541+1=1541⋅1541 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 368 mod 449

4: 1544=1542+2=1542⋅1542 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 275 mod 449

8: 1548=1544+4=1544⋅1544 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 193 mod 449

16: 15416=1548+8=1548⋅1548 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 431 mod 449

32: 15432=15416+16=15416⋅15416 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 324 mod 449

64: 15464=15432+32=15432⋅15432 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 359 mod 449

128: 154128=15464+64=15464⋅15464 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 18 mod 449

154213

= 154128+64+16+4+1

= 154128⋅15464⋅15416⋅1544⋅1541

18 ⋅ 359 ⋅ 431 ⋅ 275 ⋅ 154 mod 449
6462 ⋅ 431 ⋅ 275 ⋅ 154 mod 449 ≡ 176 ⋅ 431 ⋅ 275 ⋅ 154 mod 449
75856 ⋅ 275 ⋅ 154 mod 449 ≡ 424 ⋅ 275 ⋅ 154 mod 449
116600 ⋅ 154 mod 449 ≡ 309 ⋅ 154 mod 449
47586 mod 449 ≡ 441 mod 449

Es gilt also: 154213 ≡ 441 mod 449

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 98.

Also bestimme x, so dass 98 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 98

=>101 = 1⋅98 + 3
=>98 = 32⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,98)=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= 3-1⋅2
2= 98-32⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(98 -32⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅98 +32⋅ 3)
= -1⋅98 +33⋅ 3 (=1)
3= 101-1⋅98 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅98 +33⋅(101 -1⋅ 98)
= -1⋅98 +33⋅101 -33⋅ 98)
= 33⋅101 -34⋅ 98 (=1)

Es gilt also: ggt(101,98)=1 = 33⋅101 -34⋅98

oder wenn man 33⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -33⋅101 = -34⋅98

-34⋅98 = -33⋅101 + 1 |+101⋅98

-34⋅98 + 101⋅98 = -33⋅101 + 101⋅98 + 1

(-34 + 101) ⋅ 98 = (-33 + 98) ⋅ 101 + 1

67⋅98 = 65⋅101 + 1

Es gilt also: 67⋅98 = 65⋅101 +1

Somit 67⋅98 = 1 mod 101

67 ist also das Inverse von 98 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.