Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (82 + 245) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(82 + 245) mod 8 ≡ (82 mod 8 + 245 mod 8) mod 8.
82 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82
= 80
245 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 245
= 240
Somit gilt:
(82 + 245) mod 8 ≡ (2 + 5) mod 8 ≡ 7 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 68) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(19 ⋅ 68) mod 10 ≡ (19 mod 10 ⋅ 68 mod 10) mod 10.
19 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 10 + 9 = 1 ⋅ 10 + 9 ist.
68 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 60 + 8 = 6 ⋅ 10 + 8 ist.
Somit gilt:
(19 ⋅ 68) mod 10 ≡ (9 ⋅ 8) mod 10 ≡ 72 mod 10 ≡ 2 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 376128 mod 643.
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. 376 -> x
2. mod(x²,643) -> 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: 3761=376
2: 3762=3761+1=3761⋅3761 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 559 mod 643
4: 3764=3762+2=3762⋅3762 ≡ 559⋅559=312481 ≡ 626 mod 643
8: 3768=3764+4=3764⋅3764 ≡ 626⋅626=391876 ≡ 289 mod 643
16: 37616=3768+8=3768⋅3768 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 574 mod 643
32: 37632=37616+16=37616⋅37616 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 260 mod 643
64: 37664=37632+32=37632⋅37632 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 85 mod 643
128: 376128=37664+64=37664⋅37664 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 152 mod 643
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 453217 mod 607.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 217 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 217 an und zerlegen 217 in eine Summer von 2er-Potenzen:
217 = 128+64+16+8+1
1: 4531=453
2: 4532=4531+1=4531⋅4531 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 43 mod 607
4: 4534=4532+2=4532⋅4532 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 28 mod 607
8: 4538=4534+4=4534⋅4534 ≡ 28⋅28=784 ≡ 177 mod 607
16: 45316=4538+8=4538⋅4538 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 372 mod 607
32: 45332=45316+16=45316⋅45316 ≡ 372⋅372=138384 ≡ 595 mod 607
64: 45364=45332+32=45332⋅45332 ≡ 595⋅595=354025 ≡ 144 mod 607
128: 453128=45364+64=45364⋅45364 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 98 mod 607
453217
= 453128+64+16+8+1
= 453128⋅45364⋅45316⋅4538⋅4531
≡ 98 ⋅ 144 ⋅ 372 ⋅ 177 ⋅ 453 mod 607
≡ 14112 ⋅ 372 ⋅ 177 ⋅ 453 mod 607 ≡ 151 ⋅ 372 ⋅ 177 ⋅ 453 mod 607
≡ 56172 ⋅ 177 ⋅ 453 mod 607 ≡ 328 ⋅ 177 ⋅ 453 mod 607
≡ 58056 ⋅ 453 mod 607 ≡ 391 ⋅ 453 mod 607
≡ 177123 mod 607 ≡ 486 mod 607
Es gilt also: 453217 ≡ 486 mod 607
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 35.
Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 35
| =>101 | = 2⋅35 + 31 |
| =>35 | = 1⋅31 + 4 |
| =>31 | = 7⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,35)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 31-7⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(31 -7⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅31 +7⋅ 4) = -1⋅31 +8⋅ 4 (=1) |
| 4= 35-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅31 +8⋅(35 -1⋅ 31)
= -1⋅31 +8⋅35 -8⋅ 31) = 8⋅35 -9⋅ 31 (=1) |
| 31= 101-2⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 8⋅35 -9⋅(101 -2⋅ 35)
= 8⋅35 -9⋅101 +18⋅ 35) = -9⋅101 +26⋅ 35 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,35)=1 = -9⋅101 +26⋅35
oder wenn man -9⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅101 = +26⋅35
Es gilt also: 26⋅35 = 9⋅101 +1
Somit 26⋅35 = 1 mod 101
26 ist also das Inverse von 35 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
