Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (120 - 162) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(120 - 162) mod 4 ≡ (120 mod 4 - 162 mod 4) mod 4.
120 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 120
= 120
162 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 162
= 160
Somit gilt:
(120 - 162) mod 4 ≡ (0 - 2) mod 4 ≡ -2 mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 96) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(73 ⋅ 96) mod 10 ≡ (73 mod 10 ⋅ 96 mod 10) mod 10.
73 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 70 + 3 = 7 ⋅ 10 + 3 ist.
96 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 90 + 6 = 9 ⋅ 10 + 6 ist.
Somit gilt:
(73 ⋅ 96) mod 10 ≡ (3 ⋅ 6) mod 10 ≡ 18 mod 10 ≡ 8 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 42664 mod 997.
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. 426 -> x
2. mod(x²,997) -> 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: 4261=426
2: 4262=4261+1=4261⋅4261 ≡ 426⋅426=181476 ≡ 22 mod 997
4: 4264=4262+2=4262⋅4262 ≡ 22⋅22=484 ≡ 484 mod 997
8: 4268=4264+4=4264⋅4264 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 958 mod 997
16: 42616=4268+8=4268⋅4268 ≡ 958⋅958=917764 ≡ 524 mod 997
32: 42632=42616+16=42616⋅42616 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 401 mod 997
64: 42664=42632+32=42632⋅42632 ≡ 401⋅401=160801 ≡ 284 mod 997
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 472156 mod 691.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 156 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 156 an und zerlegen 156 in eine Summer von 2er-Potenzen:
156 = 128+16+8+4
1: 4721=472
2: 4722=4721+1=4721⋅4721 ≡ 472⋅472=222784 ≡ 282 mod 691
4: 4724=4722+2=4722⋅4722 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 59 mod 691
8: 4728=4724+4=4724⋅4724 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 26 mod 691
16: 47216=4728+8=4728⋅4728 ≡ 26⋅26=676 ≡ 676 mod 691
32: 47232=47216+16=47216⋅47216 ≡ 676⋅676=456976 ≡ 225 mod 691
64: 47264=47232+32=47232⋅47232 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 182 mod 691
128: 472128=47264+64=47264⋅47264 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 647 mod 691
472156
= 472128+16+8+4
= 472128⋅47216⋅4728⋅4724
≡ 647 ⋅ 676 ⋅ 26 ⋅ 59 mod 691
≡ 437372 ⋅ 26 ⋅ 59 mod 691 ≡ 660 ⋅ 26 ⋅ 59 mod 691
≡ 17160 ⋅ 59 mod 691 ≡ 576 ⋅ 59 mod 691
≡ 33984 mod 691 ≡ 125 mod 691
Es gilt also: 472156 ≡ 125 mod 691
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 22.
Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 22
| =>61 | = 2⋅22 + 17 |
| =>22 | = 1⋅17 + 5 |
| =>17 | = 3⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,22)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 17-3⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(17 -3⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅17 +6⋅ 5) = -2⋅17 +7⋅ 5 (=1) |
| 5= 22-1⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅17 +7⋅(22 -1⋅ 17)
= -2⋅17 +7⋅22 -7⋅ 17) = 7⋅22 -9⋅ 17 (=1) |
| 17= 61-2⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅22 -9⋅(61 -2⋅ 22)
= 7⋅22 -9⋅61 +18⋅ 22) = -9⋅61 +25⋅ 22 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,22)=1 = -9⋅61 +25⋅22
oder wenn man -9⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅61 = +25⋅22
Es gilt also: 25⋅22 = 9⋅61 +1
Somit 25⋅22 = 1 mod 61
25 ist also das Inverse von 22 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
