Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (25003 + 498) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(25003 + 498) mod 5 ≡ (25003 mod 5 + 498 mod 5) mod 5.
25003 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25003
= 25000
498 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 498
= 400
Somit gilt:
(25003 + 498) mod 5 ≡ (3 + 3) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 38) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(74 ⋅ 38) mod 10 ≡ (74 mod 10 ⋅ 38 mod 10) mod 10.
74 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 70 + 4 = 7 ⋅ 10 + 4 ist.
38 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 30 + 8 = 3 ⋅ 10 + 8 ist.
Somit gilt:
(74 ⋅ 38) mod 10 ≡ (4 ⋅ 8) mod 10 ≡ 32 mod 10 ≡ 2 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 28064 mod 283.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 280 -> x
2. mod(x²,283) -> 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: 2801=280
2: 2802=2801+1=2801⋅2801 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 9 mod 283
4: 2804=2802+2=2802⋅2802 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 283
8: 2808=2804+4=2804⋅2804 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 52 mod 283
16: 28016=2808+8=2808⋅2808 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 157 mod 283
32: 28032=28016+16=28016⋅28016 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 28 mod 283
64: 28064=28032+32=28032⋅28032 ≡ 28⋅28=784 ≡ 218 mod 283
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 182179 mod 503.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 179 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 179 an und zerlegen 179 in eine Summer von 2er-Potenzen:
179 = 128+32+16+2+1
1: 1821=182
2: 1822=1821+1=1821⋅1821 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 429 mod 503
4: 1824=1822+2=1822⋅1822 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 446 mod 503
8: 1828=1824+4=1824⋅1824 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 231 mod 503
16: 18216=1828+8=1828⋅1828 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 43 mod 503
32: 18232=18216+16=18216⋅18216 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 340 mod 503
64: 18264=18232+32=18232⋅18232 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 413 mod 503
128: 182128=18264+64=18264⋅18264 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 52 mod 503
182179
= 182128+32+16+2+1
= 182128⋅18232⋅18216⋅1822⋅1821
≡ 52 ⋅ 340 ⋅ 43 ⋅ 429 ⋅ 182 mod 503
≡ 17680 ⋅ 43 ⋅ 429 ⋅ 182 mod 503 ≡ 75 ⋅ 43 ⋅ 429 ⋅ 182 mod 503
≡ 3225 ⋅ 429 ⋅ 182 mod 503 ≡ 207 ⋅ 429 ⋅ 182 mod 503
≡ 88803 ⋅ 182 mod 503 ≡ 275 ⋅ 182 mod 503
≡ 50050 mod 503 ≡ 253 mod 503
Es gilt also: 182179 ≡ 253 mod 503
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 31.
Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 31
| =>59 | = 1⋅31 + 28 |
| =>31 | = 1⋅28 + 3 |
| =>28 | = 9⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,31)=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= 28-9⋅3 | |||
| 3= 31-1⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅28 -9⋅(31 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -9⋅31 +9⋅ 28) = -9⋅31 +10⋅ 28 (=1) |
| 28= 59-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -9⋅31 +10⋅(59 -1⋅ 31)
= -9⋅31 +10⋅59 -10⋅ 31) = 10⋅59 -19⋅ 31 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,31)=1 = 10⋅59 -19⋅31
oder wenn man 10⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -10⋅59 = -19⋅31
-19⋅31 = -10⋅59 + 1 |+59⋅31
-19⋅31 + 59⋅31 = -10⋅59 + 59⋅31 + 1
(-19 + 59) ⋅ 31 = (-10 + 31) ⋅ 59 + 1
40⋅31 = 21⋅59 + 1
Es gilt also: 40⋅31 = 21⋅59 +1
Somit 40⋅31 = 1 mod 59
40 ist also das Inverse von 31 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
