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: (237 + 301) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(237 + 301) mod 6 ≡ (237 mod 6 + 301 mod 6) mod 6.
237 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 237
= 240
301 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 301
= 300
Somit gilt:
(237 + 301) mod 6 ≡ (3 + 1) mod 6 ≡ 4 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (38 ⋅ 76) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(38 ⋅ 76) mod 9 ≡ (38 mod 9 ⋅ 76 mod 9) mod 9.
38 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 4 ⋅ 9 + 2 ist.
76 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 72 + 4 = 8 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(38 ⋅ 76) mod 9 ≡ (2 ⋅ 4) mod 9 ≡ 8 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 228128 mod 257.
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. 228 -> x
2. mod(x²,257) -> 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: 2281=228
2: 2282=2281+1=2281⋅2281 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 70 mod 257
4: 2284=2282+2=2282⋅2282 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 17 mod 257
8: 2288=2284+4=2284⋅2284 ≡ 17⋅17=289 ≡ 32 mod 257
16: 22816=2288+8=2288⋅2288 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 253 mod 257
32: 22832=22816+16=22816⋅22816 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 16 mod 257
64: 22864=22832+32=22832⋅22832 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 257
128: 228128=22864+64=22864⋅22864 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 1 mod 257
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 36494 mod 761.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 94 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 94 an und zerlegen 94 in eine Summer von 2er-Potenzen:
94 = 64+16+8+4+2
1: 3641=364
2: 3642=3641+1=3641⋅3641 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 82 mod 761
4: 3644=3642+2=3642⋅3642 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 636 mod 761
8: 3648=3644+4=3644⋅3644 ≡ 636⋅636=404496 ≡ 405 mod 761
16: 36416=3648+8=3648⋅3648 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 410 mod 761
32: 36432=36416+16=36416⋅36416 ≡ 410⋅410=168100 ≡ 680 mod 761
64: 36464=36432+32=36432⋅36432 ≡ 680⋅680=462400 ≡ 473 mod 761
36494
= 36464+16+8+4+2
= 36464⋅36416⋅3648⋅3644⋅3642
≡ 473 ⋅ 410 ⋅ 405 ⋅ 636 ⋅ 82 mod 761
≡ 193930 ⋅ 405 ⋅ 636 ⋅ 82 mod 761 ≡ 636 ⋅ 405 ⋅ 636 ⋅ 82 mod 761
≡ 257580 ⋅ 636 ⋅ 82 mod 761 ≡ 362 ⋅ 636 ⋅ 82 mod 761
≡ 230232 ⋅ 82 mod 761 ≡ 410 ⋅ 82 mod 761
≡ 33620 mod 761 ≡ 136 mod 761
Es gilt also: 36494 ≡ 136 mod 761
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 90.
Also bestimme x, so dass 90 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 90
| =>97 | = 1⋅90 + 7 |
| =>90 | = 12⋅7 + 6 |
| =>7 | = 1⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,90)=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= 7-1⋅6 | |||
| 6= 90-12⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -1⋅(90 -12⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅90 +12⋅ 7) = -1⋅90 +13⋅ 7 (=1) |
| 7= 97-1⋅90 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅90 +13⋅(97 -1⋅ 90)
= -1⋅90 +13⋅97 -13⋅ 90) = 13⋅97 -14⋅ 90 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,90)=1 = 13⋅97 -14⋅90
oder wenn man 13⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅97 = -14⋅90
-14⋅90 = -13⋅97 + 1 |+97⋅90
-14⋅90 + 97⋅90 = -13⋅97 + 97⋅90 + 1
(-14 + 97) ⋅ 90 = (-13 + 90) ⋅ 97 + 1
83⋅90 = 77⋅97 + 1
Es gilt also: 83⋅90 = 77⋅97 +1
Somit 83⋅90 = 1 mod 97
83 ist also das Inverse von 90 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
