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: (1505 + 14997) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1505 + 14997) mod 5 ≡ (1505 mod 5 + 14997 mod 5) mod 5.
1505 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1505
= 1500
14997 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14997
= 14000
Somit gilt:
(1505 + 14997) mod 5 ≡ (0 + 2) mod 5 ≡ 2 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (28 ⋅ 17) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(28 ⋅ 17) mod 10 ≡ (28 mod 10 ⋅ 17 mod 10) mod 10.
28 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 20 + 8 = 2 ⋅ 10 + 8 ist.
17 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 10 + 7 = 1 ⋅ 10 + 7 ist.
Somit gilt:
(28 ⋅ 17) mod 10 ≡ (8 ⋅ 7) mod 10 ≡ 56 mod 10 ≡ 6 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 685128 mod 953.
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. 685 -> x
2. mod(x²,953) -> 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: 6851=685
2: 6852=6851+1=6851⋅6851 ≡ 685⋅685=469225 ≡ 349 mod 953
4: 6854=6852+2=6852⋅6852 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 770 mod 953
8: 6858=6854+4=6854⋅6854 ≡ 770⋅770=592900 ≡ 134 mod 953
16: 68516=6858+8=6858⋅6858 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 802 mod 953
32: 68532=68516+16=68516⋅68516 ≡ 802⋅802=643204 ≡ 882 mod 953
64: 68564=68532+32=68532⋅68532 ≡ 882⋅882=777924 ≡ 276 mod 953
128: 685128=68564+64=68564⋅68564 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 889 mod 953
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 603159 mod 701.
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: 6031=603
2: 6032=6031+1=6031⋅6031 ≡ 603⋅603=363609 ≡ 491 mod 701
4: 6034=6032+2=6032⋅6032 ≡ 491⋅491=241081 ≡ 638 mod 701
8: 6038=6034+4=6034⋅6034 ≡ 638⋅638=407044 ≡ 464 mod 701
16: 60316=6038+8=6038⋅6038 ≡ 464⋅464=215296 ≡ 89 mod 701
32: 60332=60316+16=60316⋅60316 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 210 mod 701
64: 60364=60332+32=60332⋅60332 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 638 mod 701
128: 603128=60364+64=60364⋅60364 ≡ 638⋅638=407044 ≡ 464 mod 701
603159
= 603128+16+8+4+2+1
= 603128⋅60316⋅6038⋅6034⋅6032⋅6031
≡ 464 ⋅ 89 ⋅ 464 ⋅ 638 ⋅ 491 ⋅ 603 mod 701
≡ 41296 ⋅ 464 ⋅ 638 ⋅ 491 ⋅ 603 mod 701 ≡ 638 ⋅ 464 ⋅ 638 ⋅ 491 ⋅ 603 mod 701
≡ 296032 ⋅ 638 ⋅ 491 ⋅ 603 mod 701 ≡ 210 ⋅ 638 ⋅ 491 ⋅ 603 mod 701
≡ 133980 ⋅ 491 ⋅ 603 mod 701 ≡ 89 ⋅ 491 ⋅ 603 mod 701
≡ 43699 ⋅ 603 mod 701 ≡ 237 ⋅ 603 mod 701
≡ 142911 mod 701 ≡ 608 mod 701
Es gilt also: 603159 ≡ 608 mod 701
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 36.
Also bestimme x, so dass 36 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 36
| =>67 | = 1⋅36 + 31 |
| =>36 | = 1⋅31 + 5 |
| =>31 | = 6⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,36)=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= 31-6⋅5 | |||
| 5= 36-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅31 -6⋅(36 -1⋅ 31)
= 1⋅31 -6⋅36 +6⋅ 31) = -6⋅36 +7⋅ 31 (=1) |
| 31= 67-1⋅36 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅36 +7⋅(67 -1⋅ 36)
= -6⋅36 +7⋅67 -7⋅ 36) = 7⋅67 -13⋅ 36 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,36)=1 = 7⋅67 -13⋅36
oder wenn man 7⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅67 = -13⋅36
-13⋅36 = -7⋅67 + 1 |+67⋅36
-13⋅36 + 67⋅36 = -7⋅67 + 67⋅36 + 1
(-13 + 67) ⋅ 36 = (-7 + 36) ⋅ 67 + 1
54⋅36 = 29⋅67 + 1
Es gilt also: 54⋅36 = 29⋅67 +1
Somit 54⋅36 = 1 mod 67
54 ist also das Inverse von 36 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
