Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (297 + 1500) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(297 + 1500) mod 3 ≡ (297 mod 3 + 1500 mod 3) mod 3.
297 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 297
= 300
1500 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1500
= 1500
Somit gilt:
(297 + 1500) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 18) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(98 ⋅ 18) mod 9 ≡ (98 mod 9 ⋅ 18 mod 9) mod 9.
98 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 90 + 8 = 10 ⋅ 9 + 8 ist.
18 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 18 + 0 = 2 ⋅ 9 + 0 ist.
Somit gilt:
(98 ⋅ 18) mod 9 ≡ (8 ⋅ 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 52064 mod 719.
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. 520 -> x
2. mod(x²,719) -> 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: 5201=520
2: 5202=5201+1=5201⋅5201 ≡ 520⋅520=270400 ≡ 56 mod 719
4: 5204=5202+2=5202⋅5202 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 260 mod 719
8: 5208=5204+4=5204⋅5204 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 14 mod 719
16: 52016=5208+8=5208⋅5208 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 719
32: 52032=52016+16=52016⋅52016 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 309 mod 719
64: 52064=52032+32=52032⋅52032 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 573 mod 719
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 433213 mod 449.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 213 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 213 an und zerlegen 213 in eine Summer von 2er-Potenzen:
213 = 128+64+16+4+1
1: 4331=433
2: 4332=4331+1=4331⋅4331 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 256 mod 449
4: 4334=4332+2=4332⋅4332 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 431 mod 449
8: 4338=4334+4=4334⋅4334 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 324 mod 449
16: 43316=4338+8=4338⋅4338 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 359 mod 449
32: 43332=43316+16=43316⋅43316 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 18 mod 449
64: 43364=43332+32=43332⋅43332 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 449
128: 433128=43364+64=43364⋅43364 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 359 mod 449
433213
= 433128+64+16+4+1
= 433128⋅43364⋅43316⋅4334⋅4331
≡ 359 ⋅ 324 ⋅ 359 ⋅ 431 ⋅ 433 mod 449
≡ 116316 ⋅ 359 ⋅ 431 ⋅ 433 mod 449 ≡ 25 ⋅ 359 ⋅ 431 ⋅ 433 mod 449
≡ 8975 ⋅ 431 ⋅ 433 mod 449 ≡ 444 ⋅ 431 ⋅ 433 mod 449
≡ 191364 ⋅ 433 mod 449 ≡ 90 ⋅ 433 mod 449
≡ 38970 mod 449 ≡ 356 mod 449
Es gilt also: 433213 ≡ 356 mod 449
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 39.
Also bestimme x, so dass 39 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 39
| =>59 | = 1⋅39 + 20 |
| =>39 | = 1⋅20 + 19 |
| =>20 | = 1⋅19 + 1 |
| =>19 | = 19⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,39)=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= 20-1⋅19 | |||
| 19= 39-1⋅20 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅20 -1⋅(39 -1⋅ 20)
= 1⋅20 -1⋅39 +1⋅ 20) = -1⋅39 +2⋅ 20 (=1) |
| 20= 59-1⋅39 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅39 +2⋅(59 -1⋅ 39)
= -1⋅39 +2⋅59 -2⋅ 39) = 2⋅59 -3⋅ 39 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,39)=1 = 2⋅59 -3⋅39
oder wenn man 2⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅59 = -3⋅39
-3⋅39 = -2⋅59 + 1 |+59⋅39
-3⋅39 + 59⋅39 = -2⋅59 + 59⋅39 + 1
(-3 + 59) ⋅ 39 = (-2 + 39) ⋅ 59 + 1
56⋅39 = 37⋅59 + 1
Es gilt also: 56⋅39 = 37⋅59 +1
Somit 56⋅39 = 1 mod 59
56 ist also das Inverse von 39 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
