Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15005 - 15001) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15005 - 15001) mod 5 ≡ (15005 mod 5 - 15001 mod 5) mod 5.
15005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15005
= 15000
15001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15001
= 15000
Somit gilt:
(15005 - 15001) mod 5 ≡ (0 - 1) mod 5 ≡ -1 mod 5 ≡ 4 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 84) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(46 ⋅ 84) mod 8 ≡ (46 mod 8 ⋅ 84 mod 8) mod 8.
46 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 40 + 6 = 5 ⋅ 8 + 6 ist.
84 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 80 + 4 = 10 ⋅ 8 + 4 ist.
Somit gilt:
(46 ⋅ 84) mod 8 ≡ (6 ⋅ 4) mod 8 ≡ 24 mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 18416 mod 239.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 184 -> x
2. mod(x²,239) -> 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: 1841=184
2: 1842=1841+1=1841⋅1841 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 157 mod 239
4: 1844=1842+2=1842⋅1842 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 32 mod 239
8: 1848=1844+4=1844⋅1844 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 68 mod 239
16: 18416=1848+8=1848⋅1848 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 83 mod 239
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 380236 mod 401.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 236 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 236 an und zerlegen 236 in eine Summer von 2er-Potenzen:
236 = 128+64+32+8+4
1: 3801=380
2: 3802=3801+1=3801⋅3801 ≡ 380⋅380=144400 ≡ 40 mod 401
4: 3804=3802+2=3802⋅3802 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 397 mod 401
8: 3808=3804+4=3804⋅3804 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 16 mod 401
16: 38016=3808+8=3808⋅3808 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 401
32: 38032=38016+16=38016⋅38016 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 173 mod 401
64: 38064=38032+32=38032⋅38032 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 255 mod 401
128: 380128=38064+64=38064⋅38064 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 63 mod 401
380236
= 380128+64+32+8+4
= 380128⋅38064⋅38032⋅3808⋅3804
≡ 63 ⋅ 255 ⋅ 173 ⋅ 16 ⋅ 397 mod 401
≡ 16065 ⋅ 173 ⋅ 16 ⋅ 397 mod 401 ≡ 25 ⋅ 173 ⋅ 16 ⋅ 397 mod 401
≡ 4325 ⋅ 16 ⋅ 397 mod 401 ≡ 315 ⋅ 16 ⋅ 397 mod 401
≡ 5040 ⋅ 397 mod 401 ≡ 228 ⋅ 397 mod 401
≡ 90516 mod 401 ≡ 291 mod 401
Es gilt also: 380236 ≡ 291 mod 401
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 47
| =>71 | = 1⋅47 + 24 |
| =>47 | = 1⋅24 + 23 |
| =>24 | = 1⋅23 + 1 |
| =>23 | = 23⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,47)=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= 24-1⋅23 | |||
| 23= 47-1⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅24 -1⋅(47 -1⋅ 24)
= 1⋅24 -1⋅47 +1⋅ 24) = -1⋅47 +2⋅ 24 (=1) |
| 24= 71-1⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅47 +2⋅(71 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +2⋅71 -2⋅ 47) = 2⋅71 -3⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,47)=1 = 2⋅71 -3⋅47
oder wenn man 2⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅71 = -3⋅47
-3⋅47 = -2⋅71 + 1 |+71⋅47
-3⋅47 + 71⋅47 = -2⋅71 + 71⋅47 + 1
(-3 + 71) ⋅ 47 = (-2 + 47) ⋅ 71 + 1
68⋅47 = 45⋅71 + 1
Es gilt also: 68⋅47 = 45⋅71 +1
Somit 68⋅47 = 1 mod 71
68 ist also das Inverse von 47 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
