Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2997 - 186) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2997 - 186) mod 6 ≡ (2997 mod 6 - 186 mod 6) mod 6.

2997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2997 = 3000-3 = 6 ⋅ 500 -3 = 6 ⋅ 500 - 6 + 3.

186 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 186 = 180+6 = 6 ⋅ 30 +6.

Somit gilt:

(2997 - 186) mod 6 ≡ (3 - 0) mod 6 ≡ 3 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (90 ⋅ 85) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(90 ⋅ 85) mod 3 ≡ (90 mod 3 ⋅ 85 mod 3) mod 3.

90 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 90 + 0 = 30 ⋅ 3 + 0 ist.

85 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 84 + 1 = 28 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(90 ⋅ 85) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 55932 mod 809.

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. 559 -> x
2. mod(x²,809) -> 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: 5591=559

2: 5592=5591+1=5591⋅5591 ≡ 559⋅559=312481 ≡ 207 mod 809

4: 5594=5592+2=5592⋅5592 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 781 mod 809

8: 5598=5594+4=5594⋅5594 ≡ 781⋅781=609961 ≡ 784 mod 809

16: 55916=5598+8=5598⋅5598 ≡ 784⋅784=614656 ≡ 625 mod 809

32: 55932=55916+16=55916⋅55916 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 687 mod 809

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 152189 mod 353.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 189 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 189 an und zerlegen 189 in eine Summer von 2er-Potenzen:

189 = 128+32+16+8+4+1

1: 1521=152

2: 1522=1521+1=1521⋅1521 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 159 mod 353

4: 1524=1522+2=1522⋅1522 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 218 mod 353

8: 1528=1524+4=1524⋅1524 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 222 mod 353

16: 15216=1528+8=1528⋅1528 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 217 mod 353

32: 15232=15216+16=15216⋅15216 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 140 mod 353

64: 15264=15232+32=15232⋅15232 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 185 mod 353

128: 152128=15264+64=15264⋅15264 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 337 mod 353

152189

= 152128+32+16+8+4+1

= 152128⋅15232⋅15216⋅1528⋅1524⋅1521

337 ⋅ 140 ⋅ 217 ⋅ 222 ⋅ 218 ⋅ 152 mod 353
47180 ⋅ 217 ⋅ 222 ⋅ 218 ⋅ 152 mod 353 ≡ 231 ⋅ 217 ⋅ 222 ⋅ 218 ⋅ 152 mod 353
50127 ⋅ 222 ⋅ 218 ⋅ 152 mod 353 ≡ 1 ⋅ 222 ⋅ 218 ⋅ 152 mod 353
222 ⋅ 218 ⋅ 152 mod 353
48396 ⋅ 152 mod 353 ≡ 35 ⋅ 152 mod 353
5320 mod 353 ≡ 25 mod 353

Es gilt also: 152189 ≡ 25 mod 353

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 42

=>61 = 1⋅42 + 19
=>42 = 2⋅19 + 4
=>19 = 4⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,42)=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= 4-1⋅3
3= 19-4⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4)
= -1⋅19 +5⋅ 4 (=1)
4= 42-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅19 +5⋅(42 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅42 -10⋅ 19)
= 5⋅42 -11⋅ 19 (=1)
19= 61-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅42 -11⋅(61 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -11⋅61 +11⋅ 42)
= -11⋅61 +16⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(61,42)=1 = -11⋅61 +16⋅42

oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅61 = +16⋅42

Es gilt also: 16⋅42 = 11⋅61 +1

Somit 16⋅42 = 1 mod 61

16 ist also das Inverse von 42 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.