Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (280 - 2802) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(280 - 2802) mod 7 ≡ (280 mod 7 - 2802 mod 7) mod 7.
280 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 280
= 280
2802 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2802
= 2800
Somit gilt:
(280 - 2802) mod 7 ≡ (0 - 2) mod 7 ≡ -2 mod 7 ≡ 5 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (81 ⋅ 39) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(81 ⋅ 39) mod 3 ≡ (81 mod 3 ⋅ 39 mod 3) mod 3.
81 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 81 + 0 = 27 ⋅ 3 + 0 ist.
39 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 39 + 0 = 13 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(81 ⋅ 39) mod 3 ≡ (0 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 38864 mod 661.
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. 388 -> x
2. mod(x²,661) -> 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: 3881=388
2: 3882=3881+1=3881⋅3881 ≡ 388⋅388=150544 ≡ 497 mod 661
4: 3884=3882+2=3882⋅3882 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 456 mod 661
8: 3888=3884+4=3884⋅3884 ≡ 456⋅456=207936 ≡ 382 mod 661
16: 38816=3888+8=3888⋅3888 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 504 mod 661
32: 38832=38816+16=38816⋅38816 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 192 mod 661
64: 38864=38832+32=38832⋅38832 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 509 mod 661
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 235165 mod 421.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 165 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 165 an und zerlegen 165 in eine Summer von 2er-Potenzen:
165 = 128+32+4+1
1: 2351=235
2: 2352=2351+1=2351⋅2351 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 74 mod 421
4: 2354=2352+2=2352⋅2352 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 3 mod 421
8: 2358=2354+4=2354⋅2354 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 421
16: 23516=2358+8=2358⋅2358 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 421
32: 23532=23516+16=23516⋅23516 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 246 mod 421
64: 23564=23532+32=23532⋅23532 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 313 mod 421
128: 235128=23564+64=23564⋅23564 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 297 mod 421
235165
= 235128+32+4+1
= 235128⋅23532⋅2354⋅2351
≡ 297 ⋅ 246 ⋅ 3 ⋅ 235 mod 421
≡ 73062 ⋅ 3 ⋅ 235 mod 421 ≡ 229 ⋅ 3 ⋅ 235 mod 421
≡ 687 ⋅ 235 mod 421 ≡ 266 ⋅ 235 mod 421
≡ 62510 mod 421 ≡ 202 mod 421
Es gilt also: 235165 ≡ 202 mod 421
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 76.
Also bestimme x, so dass 76 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 76
| =>83 | = 1⋅76 + 7 |
| =>76 | = 10⋅7 + 6 |
| =>7 | = 1⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,76)=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= 7-1⋅6 | |||
| 6= 76-10⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -1⋅(76 -10⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅76 +10⋅ 7) = -1⋅76 +11⋅ 7 (=1) |
| 7= 83-1⋅76 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅76 +11⋅(83 -1⋅ 76)
= -1⋅76 +11⋅83 -11⋅ 76) = 11⋅83 -12⋅ 76 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,76)=1 = 11⋅83 -12⋅76
oder wenn man 11⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅83 = -12⋅76
-12⋅76 = -11⋅83 + 1 |+83⋅76
-12⋅76 + 83⋅76 = -11⋅83 + 83⋅76 + 1
(-12 + 83) ⋅ 76 = (-11 + 76) ⋅ 83 + 1
71⋅76 = 65⋅83 + 1
Es gilt also: 71⋅76 = 65⋅83 +1
Somit 71⋅76 = 1 mod 83
71 ist also das Inverse von 76 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
