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: (3204 - 16001) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3204 - 16001) mod 8 ≡ (3204 mod 8 - 16001 mod 8) mod 8.

3204 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3204 = 3200+4 = 8 ⋅ 400 +4.

16001 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16001 = 16000+1 = 8 ⋅ 2000 +1.

Somit gilt:

(3204 - 16001) mod 8 ≡ (4 - 1) mod 8 ≡ 3 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (35 ⋅ 92) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(35 ⋅ 92) mod 11 ≡ (35 mod 11 ⋅ 92 mod 11) mod 11.

35 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 33 + 2 = 3 ⋅ 11 + 2 ist.

92 mod 11 ≡ 4 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 88 + 4 = 8 ⋅ 11 + 4 ist.

Somit gilt:

(35 ⋅ 92) mod 11 ≡ (2 ⋅ 4) mod 11 ≡ 8 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 5238 mod 829.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 523 -> x
2. mod(x²,829) -> 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: 5231=523

2: 5232=5231+1=5231⋅5231 ≡ 523⋅523=273529 ≡ 788 mod 829

4: 5234=5232+2=5232⋅5232 ≡ 788⋅788=620944 ≡ 23 mod 829

8: 5238=5234+4=5234⋅5234 ≡ 23⋅23=529 ≡ 529 mod 829

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 744231 mod 911.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 231 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 231 an und zerlegen 231 in eine Summer von 2er-Potenzen:

231 = 128+64+32+4+2+1

1: 7441=744

2: 7442=7441+1=7441⋅7441 ≡ 744⋅744=553536 ≡ 559 mod 911

4: 7444=7442+2=7442⋅7442 ≡ 559⋅559=312481 ≡ 8 mod 911

8: 7448=7444+4=7444⋅7444 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 911

16: 74416=7448+8=7448⋅7448 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 452 mod 911

32: 74432=74416+16=74416⋅74416 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 240 mod 911

64: 74464=74432+32=74432⋅74432 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 207 mod 911

128: 744128=74464+64=74464⋅74464 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 32 mod 911

744231

= 744128+64+32+4+2+1

= 744128⋅74464⋅74432⋅7444⋅7442⋅7441

32 ⋅ 207 ⋅ 240 ⋅ 8 ⋅ 559 ⋅ 744 mod 911
6624 ⋅ 240 ⋅ 8 ⋅ 559 ⋅ 744 mod 911 ≡ 247 ⋅ 240 ⋅ 8 ⋅ 559 ⋅ 744 mod 911
59280 ⋅ 8 ⋅ 559 ⋅ 744 mod 911 ≡ 65 ⋅ 8 ⋅ 559 ⋅ 744 mod 911
520 ⋅ 559 ⋅ 744 mod 911
290680 ⋅ 744 mod 911 ≡ 71 ⋅ 744 mod 911
52824 mod 911 ≡ 897 mod 911

Es gilt also: 744231 ≡ 897 mod 911

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 84.

Also bestimme x, so dass 84 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 84

=>101 = 1⋅84 + 17
=>84 = 4⋅17 + 16
=>17 = 1⋅16 + 1
=>16 = 16⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,84)=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= 17-1⋅16
16= 84-4⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -1⋅(84 -4⋅ 17)
= 1⋅17 -1⋅84 +4⋅ 17)
= -1⋅84 +5⋅ 17 (=1)
17= 101-1⋅84 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅84 +5⋅(101 -1⋅ 84)
= -1⋅84 +5⋅101 -5⋅ 84)
= 5⋅101 -6⋅ 84 (=1)

Es gilt also: ggt(101,84)=1 = 5⋅101 -6⋅84

oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅101 = -6⋅84

-6⋅84 = -5⋅101 + 1 |+101⋅84

-6⋅84 + 101⋅84 = -5⋅101 + 101⋅84 + 1

(-6 + 101) ⋅ 84 = (-5 + 84) ⋅ 101 + 1

95⋅84 = 79⋅101 + 1

Es gilt also: 95⋅84 = 79⋅101 +1

Somit 95⋅84 = 1 mod 101

95 ist also das Inverse von 84 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.