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: (603 - 15000) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(603 - 15000) mod 3 ≡ (603 mod 3 - 15000 mod 3) mod 3.
603 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 603
= 600
15000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15000
= 15000
Somit gilt:
(603 - 15000) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 36) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(65 ⋅ 36) mod 11 ≡ (65 mod 11 ⋅ 36 mod 11) mod 11.
65 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 55 + 10 = 5 ⋅ 11 + 10 ist.
36 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 33 + 3 = 3 ⋅ 11 + 3 ist.
Somit gilt:
(65 ⋅ 36) mod 11 ≡ (10 ⋅ 3) mod 11 ≡ 30 mod 11 ≡ 8 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 22664 mod 409.
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. 226 -> x
2. mod(x²,409) -> 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: 2261=226
2: 2262=2261+1=2261⋅2261 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 360 mod 409
4: 2264=2262+2=2262⋅2262 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 356 mod 409
8: 2268=2264+4=2264⋅2264 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 355 mod 409
16: 22616=2268+8=2268⋅2268 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 53 mod 409
32: 22632=22616+16=22616⋅22616 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 355 mod 409
64: 22664=22632+32=22632⋅22632 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 53 mod 409
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 148253 mod 311.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 253 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 253 an und zerlegen 253 in eine Summer von 2er-Potenzen:
253 = 128+64+32+16+8+4+1
1: 1481=148
2: 1482=1481+1=1481⋅1481 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 134 mod 311
4: 1484=1482+2=1482⋅1482 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 229 mod 311
8: 1488=1484+4=1484⋅1484 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 193 mod 311
16: 14816=1488+8=1488⋅1488 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 240 mod 311
32: 14832=14816+16=14816⋅14816 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 65 mod 311
64: 14864=14832+32=14832⋅14832 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 182 mod 311
128: 148128=14864+64=14864⋅14864 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 158 mod 311
148253
= 148128+64+32+16+8+4+1
= 148128⋅14864⋅14832⋅14816⋅1488⋅1484⋅1481
≡ 158 ⋅ 182 ⋅ 65 ⋅ 240 ⋅ 193 ⋅ 229 ⋅ 148 mod 311
≡ 28756 ⋅ 65 ⋅ 240 ⋅ 193 ⋅ 229 ⋅ 148 mod 311 ≡ 144 ⋅ 65 ⋅ 240 ⋅ 193 ⋅ 229 ⋅ 148 mod 311
≡ 9360 ⋅ 240 ⋅ 193 ⋅ 229 ⋅ 148 mod 311 ≡ 30 ⋅ 240 ⋅ 193 ⋅ 229 ⋅ 148 mod 311
≡ 7200 ⋅ 193 ⋅ 229 ⋅ 148 mod 311 ≡ 47 ⋅ 193 ⋅ 229 ⋅ 148 mod 311
≡ 9071 ⋅ 229 ⋅ 148 mod 311 ≡ 52 ⋅ 229 ⋅ 148 mod 311
≡ 11908 ⋅ 148 mod 311 ≡ 90 ⋅ 148 mod 311
≡ 13320 mod 311 ≡ 258 mod 311
Es gilt also: 148253 ≡ 258 mod 311
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 30.
Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 30
| =>73 | = 2⋅30 + 13 |
| =>30 | = 2⋅13 + 4 |
| =>13 | = 3⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,30)=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= 13-3⋅4 | |||
| 4= 30-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -3⋅(30 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -3⋅30 +6⋅ 13) = -3⋅30 +7⋅ 13 (=1) |
| 13= 73-2⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅30 +7⋅(73 -2⋅ 30)
= -3⋅30 +7⋅73 -14⋅ 30) = 7⋅73 -17⋅ 30 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,30)=1 = 7⋅73 -17⋅30
oder wenn man 7⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅73 = -17⋅30
-17⋅30 = -7⋅73 + 1 |+73⋅30
-17⋅30 + 73⋅30 = -7⋅73 + 73⋅30 + 1
(-17 + 73) ⋅ 30 = (-7 + 30) ⋅ 73 + 1
56⋅30 = 23⋅73 + 1
Es gilt also: 56⋅30 = 23⋅73 +1
Somit 56⋅30 = 1 mod 73
56 ist also das Inverse von 30 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
