Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (34993 + 345) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(34993 + 345) mod 7 ≡ (34993 mod 7 + 345 mod 7) mod 7.
34993 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34993
= 35000
345 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 345
= 350
Somit gilt:
(34993 + 345) mod 7 ≡ (0 + 2) mod 7 ≡ 2 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 85) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(93 ⋅ 85) mod 9 ≡ (93 mod 9 ⋅ 85 mod 9) mod 9.
93 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 10 ⋅ 9 + 3 ist.
85 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 81 + 4 = 9 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(93 ⋅ 85) mod 9 ≡ (3 ⋅ 4) mod 9 ≡ 12 mod 9 ≡ 3 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 375128 mod 401.
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. 375 -> x
2. mod(x²,401) -> 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: 3751=375
2: 3752=3751+1=3751⋅3751 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 275 mod 401
4: 3754=3752+2=3752⋅3752 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 237 mod 401
8: 3758=3754+4=3754⋅3754 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 29 mod 401
16: 37516=3758+8=3758⋅3758 ≡ 29⋅29=841 ≡ 39 mod 401
32: 37532=37516+16=37516⋅37516 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 318 mod 401
64: 37564=37532+32=37532⋅37532 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 72 mod 401
128: 375128=37564+64=37564⋅37564 ≡ 72⋅72=5184 ≡ 372 mod 401
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 244118 mod 599.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 118 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 118 an und zerlegen 118 in eine Summer von 2er-Potenzen:
118 = 64+32+16+4+2
1: 2441=244
2: 2442=2441+1=2441⋅2441 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 235 mod 599
4: 2444=2442+2=2442⋅2442 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 117 mod 599
8: 2448=2444+4=2444⋅2444 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 511 mod 599
16: 24416=2448+8=2448⋅2448 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 556 mod 599
32: 24432=24416+16=24416⋅24416 ≡ 556⋅556=309136 ≡ 52 mod 599
64: 24464=24432+32=24432⋅24432 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 308 mod 599
244118
= 24464+32+16+4+2
= 24464⋅24432⋅24416⋅2444⋅2442
≡ 308 ⋅ 52 ⋅ 556 ⋅ 117 ⋅ 235 mod 599
≡ 16016 ⋅ 556 ⋅ 117 ⋅ 235 mod 599 ≡ 442 ⋅ 556 ⋅ 117 ⋅ 235 mod 599
≡ 245752 ⋅ 117 ⋅ 235 mod 599 ≡ 162 ⋅ 117 ⋅ 235 mod 599
≡ 18954 ⋅ 235 mod 599 ≡ 385 ⋅ 235 mod 599
≡ 90475 mod 599 ≡ 26 mod 599
Es gilt also: 244118 ≡ 26 mod 599
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 45
| =>83 | = 1⋅45 + 38 |
| =>45 | = 1⋅38 + 7 |
| =>38 | = 5⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,45)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 38-5⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(38 -5⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅38 +10⋅ 7) = -2⋅38 +11⋅ 7 (=1) |
| 7= 45-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅38 +11⋅(45 -1⋅ 38)
= -2⋅38 +11⋅45 -11⋅ 38) = 11⋅45 -13⋅ 38 (=1) |
| 38= 83-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 11⋅45 -13⋅(83 -1⋅ 45)
= 11⋅45 -13⋅83 +13⋅ 45) = -13⋅83 +24⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,45)=1 = -13⋅83 +24⋅45
oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅83 = +24⋅45
Es gilt also: 24⋅45 = 13⋅83 +1
Somit 24⋅45 = 1 mod 83
24 ist also das Inverse von 45 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
