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: (8008 - 326) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(8008 - 326) mod 8 ≡ (8008 mod 8 - 326 mod 8) mod 8.
8008 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8008
= 8000
326 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 326
= 320
Somit gilt:
(8008 - 326) mod 8 ≡ (0 - 6) mod 8 ≡ -6 mod 8 ≡ 2 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 91) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(84 ⋅ 91) mod 3 ≡ (84 mod 3 ⋅ 91 mod 3) mod 3.
84 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 84 + 0 = 28 ⋅ 3 + 0 ist.
91 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 30 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(84 ⋅ 91) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 633128 mod 797.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 633 -> x
2. mod(x²,797) -> 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: 6331=633
2: 6332=6331+1=6331⋅6331 ≡ 633⋅633=400689 ≡ 595 mod 797
4: 6334=6332+2=6332⋅6332 ≡ 595⋅595=354025 ≡ 157 mod 797
8: 6338=6334+4=6334⋅6334 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 739 mod 797
16: 63316=6338+8=6338⋅6338 ≡ 739⋅739=546121 ≡ 176 mod 797
32: 63332=63316+16=63316⋅63316 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 690 mod 797
64: 63364=63332+32=63332⋅63332 ≡ 690⋅690=476100 ≡ 291 mod 797
128: 633128=63364+64=63364⋅63364 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 199 mod 797
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 47561 mod 491.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 61 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 61 an und zerlegen 61 in eine Summer von 2er-Potenzen:
61 = 32+16+8+4+1
1: 4751=475
2: 4752=4751+1=4751⋅4751 ≡ 475⋅475=225625 ≡ 256 mod 491
4: 4754=4752+2=4752⋅4752 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 233 mod 491
8: 4758=4754+4=4754⋅4754 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 279 mod 491
16: 47516=4758+8=4758⋅4758 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 263 mod 491
32: 47532=47516+16=47516⋅47516 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 429 mod 491
47561
= 47532+16+8+4+1
= 47532⋅47516⋅4758⋅4754⋅4751
≡ 429 ⋅ 263 ⋅ 279 ⋅ 233 ⋅ 475 mod 491
≡ 112827 ⋅ 279 ⋅ 233 ⋅ 475 mod 491 ≡ 388 ⋅ 279 ⋅ 233 ⋅ 475 mod 491
≡ 108252 ⋅ 233 ⋅ 475 mod 491 ≡ 232 ⋅ 233 ⋅ 475 mod 491
≡ 54056 ⋅ 475 mod 491 ≡ 46 ⋅ 475 mod 491
≡ 21850 mod 491 ≡ 246 mod 491
Es gilt also: 47561 ≡ 246 mod 491
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 23.
Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 23
| =>73 | = 3⋅23 + 4 |
| =>23 | = 5⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,23)=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= 23-5⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(23 -5⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅23 +5⋅ 4) = -1⋅23 +6⋅ 4 (=1) |
| 4= 73-3⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅23 +6⋅(73 -3⋅ 23)
= -1⋅23 +6⋅73 -18⋅ 23) = 6⋅73 -19⋅ 23 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,23)=1 = 6⋅73 -19⋅23
oder wenn man 6⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 -6⋅73 = -19⋅23
-19⋅23 = -6⋅73 + 1 |+73⋅23
-19⋅23 + 73⋅23 = -6⋅73 + 73⋅23 + 1
(-19 + 73) ⋅ 23 = (-6 + 23) ⋅ 73 + 1
54⋅23 = 17⋅73 + 1
Es gilt also: 54⋅23 = 17⋅73 +1
Somit 54⋅23 = 1 mod 73
54 ist also das Inverse von 23 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
