Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (81 + 27003) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(81 + 27003) mod 9 ≡ (81 mod 9 + 27003 mod 9) mod 9.
81 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81
= 90
27003 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27003
= 27000
Somit gilt:
(81 + 27003) mod 9 ≡ (0 + 3) mod 9 ≡ 3 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (55 ⋅ 80) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(55 ⋅ 80) mod 5 ≡ (55 mod 5 ⋅ 80 mod 5) mod 5.
55 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 55 + 0 = 11 ⋅ 5 + 0 ist.
80 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80 + 0 = 16 ⋅ 5 + 0 ist.
Somit gilt:
(55 ⋅ 80) mod 5 ≡ (0 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 31732 mod 547.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 317 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 3171=317
2: 3172=3171+1=3171⋅3171 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 388 mod 547
4: 3174=3172+2=3172⋅3172 ≡ 388⋅388=150544 ≡ 119 mod 547
8: 3178=3174+4=3174⋅3174 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 486 mod 547
16: 31716=3178+8=3178⋅3178 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 439 mod 547
32: 31732=31716+16=31716⋅31716 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 177 mod 547
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 351182 mod 587.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 182 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 182 an und zerlegen 182 in eine Summer von 2er-Potenzen:
182 = 128+32+16+4+2
1: 3511=351
2: 3512=3511+1=3511⋅3511 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 518 mod 587
4: 3514=3512+2=3512⋅3512 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 65 mod 587
8: 3518=3514+4=3514⋅3514 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 116 mod 587
16: 35116=3518+8=3518⋅3518 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 542 mod 587
32: 35132=35116+16=35116⋅35116 ≡ 542⋅542=293764 ≡ 264 mod 587
64: 35164=35132+32=35132⋅35132 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 430 mod 587
128: 351128=35164+64=35164⋅35164 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 582 mod 587
351182
= 351128+32+16+4+2
= 351128⋅35132⋅35116⋅3514⋅3512
≡ 582 ⋅ 264 ⋅ 542 ⋅ 65 ⋅ 518 mod 587
≡ 153648 ⋅ 542 ⋅ 65 ⋅ 518 mod 587 ≡ 441 ⋅ 542 ⋅ 65 ⋅ 518 mod 587
≡ 239022 ⋅ 65 ⋅ 518 mod 587 ≡ 113 ⋅ 65 ⋅ 518 mod 587
≡ 7345 ⋅ 518 mod 587 ≡ 301 ⋅ 518 mod 587
≡ 155918 mod 587 ≡ 363 mod 587
Es gilt also: 351182 ≡ 363 mod 587
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 31.
Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 31
| =>59 | = 1⋅31 + 28 |
| =>31 | = 1⋅28 + 3 |
| =>28 | = 9⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,31)=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= 28-9⋅3 | |||
| 3= 31-1⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅28 -9⋅(31 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -9⋅31 +9⋅ 28) = -9⋅31 +10⋅ 28 (=1) |
| 28= 59-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -9⋅31 +10⋅(59 -1⋅ 31)
= -9⋅31 +10⋅59 -10⋅ 31) = 10⋅59 -19⋅ 31 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,31)=1 = 10⋅59 -19⋅31
oder wenn man 10⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -10⋅59 = -19⋅31
-19⋅31 = -10⋅59 + 1 |+59⋅31
-19⋅31 + 59⋅31 = -10⋅59 + 59⋅31 + 1
(-19 + 59) ⋅ 31 = (-10 + 31) ⋅ 59 + 1
40⋅31 = 21⋅59 + 1
Es gilt also: 40⋅31 = 21⋅59 +1
Somit 40⋅31 = 1 mod 59
40 ist also das Inverse von 31 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
