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: (241 + 2395) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(241 + 2395) mod 6 ≡ (241 mod 6 + 2395 mod 6) mod 6.
241 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 241
= 240
2395 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2395
= 2400
Somit gilt:
(241 + 2395) mod 6 ≡ (1 + 1) mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (81 ⋅ 42) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(81 ⋅ 42) mod 11 ≡ (81 mod 11 ⋅ 42 mod 11) mod 11.
81 mod 11 ≡ 4 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 77 + 4 = 7 ⋅ 11 + 4 ist.
42 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 33 + 9 = 3 ⋅ 11 + 9 ist.
Somit gilt:
(81 ⋅ 42) mod 11 ≡ (4 ⋅ 9) mod 11 ≡ 36 mod 11 ≡ 3 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 3558 mod 419.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 355 -> x
2. mod(x²,419) -> 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: 3551=355
2: 3552=3551+1=3551⋅3551 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 325 mod 419
4: 3554=3552+2=3552⋅3552 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 37 mod 419
8: 3558=3554+4=3554⋅3554 ≡ 37⋅37=1369 ≡ 112 mod 419
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 397159 mod 739.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 159 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 159 an und zerlegen 159 in eine Summer von 2er-Potenzen:
159 = 128+16+8+4+2+1
1: 3971=397
2: 3972=3971+1=3971⋅3971 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 202 mod 739
4: 3974=3972+2=3972⋅3972 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 159 mod 739
8: 3978=3974+4=3974⋅3974 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 155 mod 739
16: 39716=3978+8=3978⋅3978 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 377 mod 739
32: 39732=39716+16=39716⋅39716 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 241 mod 739
64: 39764=39732+32=39732⋅39732 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 439 mod 739
128: 397128=39764+64=39764⋅39764 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 581 mod 739
397159
= 397128+16+8+4+2+1
= 397128⋅39716⋅3978⋅3974⋅3972⋅3971
≡ 581 ⋅ 377 ⋅ 155 ⋅ 159 ⋅ 202 ⋅ 397 mod 739
≡ 219037 ⋅ 155 ⋅ 159 ⋅ 202 ⋅ 397 mod 739 ≡ 293 ⋅ 155 ⋅ 159 ⋅ 202 ⋅ 397 mod 739
≡ 45415 ⋅ 159 ⋅ 202 ⋅ 397 mod 739 ≡ 336 ⋅ 159 ⋅ 202 ⋅ 397 mod 739
≡ 53424 ⋅ 202 ⋅ 397 mod 739 ≡ 216 ⋅ 202 ⋅ 397 mod 739
≡ 43632 ⋅ 397 mod 739 ≡ 31 ⋅ 397 mod 739
≡ 12307 mod 739 ≡ 483 mod 739
Es gilt also: 397159 ≡ 483 mod 739
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 50.
Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 50
| =>61 | = 1⋅50 + 11 |
| =>50 | = 4⋅11 + 6 |
| =>11 | = 1⋅6 + 5 |
| =>6 | = 1⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,50)=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= 6-1⋅5 | |||
| 5= 11-1⋅6 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅6 -1⋅(11 -1⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅11 +1⋅ 6) = -1⋅11 +2⋅ 6 (=1) |
| 6= 50-4⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅11 +2⋅(50 -4⋅ 11)
= -1⋅11 +2⋅50 -8⋅ 11) = 2⋅50 -9⋅ 11 (=1) |
| 11= 61-1⋅50 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅50 -9⋅(61 -1⋅ 50)
= 2⋅50 -9⋅61 +9⋅ 50) = -9⋅61 +11⋅ 50 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,50)=1 = -9⋅61 +11⋅50
oder wenn man -9⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅61 = +11⋅50
Es gilt also: 11⋅50 = 9⋅61 +1
Somit 11⋅50 = 1 mod 61
11 ist also das Inverse von 50 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
