Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1200 + 2402) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1200 + 2402) mod 6 ≡ (1200 mod 6 + 2402 mod 6) mod 6.
1200 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200
= 1200
2402 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2402
= 2400
Somit gilt:
(1200 + 2402) mod 6 ≡ (0 + 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 28) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(63 ⋅ 28) mod 3 ≡ (63 mod 3 ⋅ 28 mod 3) mod 3.
63 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 63 + 0 = 21 ⋅ 3 + 0 ist.
28 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 27 + 1 = 9 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(63 ⋅ 28) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 23164 mod 467.
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. 231 -> x
2. mod(x²,467) -> 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: 2311=231
2: 2312=2311+1=2311⋅2311 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 123 mod 467
4: 2314=2312+2=2312⋅2312 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 185 mod 467
8: 2318=2314+4=2314⋅2314 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 134 mod 467
16: 23116=2318+8=2318⋅2318 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 210 mod 467
32: 23132=23116+16=23116⋅23116 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 202 mod 467
64: 23164=23132+32=23132⋅23132 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 175 mod 467
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 385111 mod 757.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 111 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 111 an und zerlegen 111 in eine Summer von 2er-Potenzen:
111 = 64+32+8+4+2+1
1: 3851=385
2: 3852=3851+1=3851⋅3851 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 610 mod 757
4: 3854=3852+2=3852⋅3852 ≡ 610⋅610=372100 ≡ 413 mod 757
8: 3858=3854+4=3854⋅3854 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 244 mod 757
16: 38516=3858+8=3858⋅3858 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 490 mod 757
32: 38532=38516+16=38516⋅38516 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 131 mod 757
64: 38564=38532+32=38532⋅38532 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 507 mod 757
385111
= 38564+32+8+4+2+1
= 38564⋅38532⋅3858⋅3854⋅3852⋅3851
≡ 507 ⋅ 131 ⋅ 244 ⋅ 413 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757
≡ 66417 ⋅ 244 ⋅ 413 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757 ≡ 558 ⋅ 244 ⋅ 413 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757
≡ 136152 ⋅ 413 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757 ≡ 649 ⋅ 413 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757
≡ 268037 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757 ≡ 59 ⋅ 610 ⋅ 385 mod 757
≡ 35990 ⋅ 385 mod 757 ≡ 411 ⋅ 385 mod 757
≡ 158235 mod 757 ≡ 22 mod 757
Es gilt also: 385111 ≡ 22 mod 757
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 98.
Also bestimme x, so dass 98 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 98
=>101 | = 1⋅98 + 3 |
=>98 | = 32⋅3 + 2 |
=>3 | = 1⋅2 + 1 |
=>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,98)=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= 3-1⋅2 | |||
2= 98-32⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(98 -32⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅98 +32⋅ 3) = -1⋅98 +33⋅ 3 (=1) |
3= 101-1⋅98 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅98 +33⋅(101 -1⋅ 98)
= -1⋅98 +33⋅101 -33⋅ 98) = 33⋅101 -34⋅ 98 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,98)=1 = 33⋅101 -34⋅98
oder wenn man 33⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -33⋅101 = -34⋅98
-34⋅98 = -33⋅101 + 1 |+101⋅98
-34⋅98 + 101⋅98 = -33⋅101 + 101⋅98 + 1
(-34 + 101) ⋅ 98 = (-33 + 98) ⋅ 101 + 1
67⋅98 = 65⋅101 + 1
Es gilt also: 67⋅98 = 65⋅101 +1
Somit 67⋅98 = 1 mod 101
67 ist also das Inverse von 98 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.