Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (796 - 159) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(796 - 159) mod 4 ≡ (796 mod 4 - 159 mod 4) mod 4.
796 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 796
= 700
159 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 159
= 160
Somit gilt:
(796 - 159) mod 4 ≡ (0 - 3) mod 4 ≡ -3 mod 4 ≡ 1 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 32) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(52 ⋅ 32) mod 6 ≡ (52 mod 6 ⋅ 32 mod 6) mod 6.
52 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 48 + 4 = 8 ⋅ 6 + 4 ist.
32 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 30 + 2 = 5 ⋅ 6 + 2 ist.
Somit gilt:
(52 ⋅ 32) mod 6 ≡ (4 ⋅ 2) mod 6 ≡ 8 mod 6 ≡ 2 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 508128 mod 911.
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. 508 -> x
2. mod(x²,911) -> 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: 5081=508
2: 5082=5081+1=5081⋅5081 ≡ 508⋅508=258064 ≡ 251 mod 911
4: 5084=5082+2=5082⋅5082 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 142 mod 911
8: 5088=5084+4=5084⋅5084 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 122 mod 911
16: 50816=5088+8=5088⋅5088 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 308 mod 911
32: 50832=50816+16=50816⋅50816 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 120 mod 911
64: 50864=50832+32=50832⋅50832 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 735 mod 911
128: 508128=50864+64=50864⋅50864 ≡ 735⋅735=540225 ≡ 2 mod 911
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 360253 mod 419.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 253 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 253 an und zerlegen 253 in eine Summer von 2er-Potenzen:
253 = 128+64+32+16+8+4+1
1: 3601=360
2: 3602=3601+1=3601⋅3601 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 129 mod 419
4: 3604=3602+2=3602⋅3602 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 300 mod 419
8: 3608=3604+4=3604⋅3604 ≡ 300⋅300=90000 ≡ 334 mod 419
16: 36016=3608+8=3608⋅3608 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 102 mod 419
32: 36032=36016+16=36016⋅36016 ≡ 102⋅102=10404 ≡ 348 mod 419
64: 36064=36032+32=36032⋅36032 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 13 mod 419
128: 360128=36064+64=36064⋅36064 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 419
360253
= 360128+64+32+16+8+4+1
= 360128⋅36064⋅36032⋅36016⋅3608⋅3604⋅3601
≡ 169 ⋅ 13 ⋅ 348 ⋅ 102 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419
≡ 2197 ⋅ 348 ⋅ 102 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419 ≡ 102 ⋅ 348 ⋅ 102 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419
≡ 35496 ⋅ 102 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419 ≡ 300 ⋅ 102 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419
≡ 30600 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419 ≡ 13 ⋅ 334 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419
≡ 4342 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419 ≡ 152 ⋅ 300 ⋅ 360 mod 419
≡ 45600 ⋅ 360 mod 419 ≡ 348 ⋅ 360 mod 419
≡ 125280 mod 419 ≡ 418 mod 419
Es gilt also: 360253 ≡ 418 mod 419
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 74.
Also bestimme x, so dass 74 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 74
| =>89 | = 1⋅74 + 15 |
| =>74 | = 4⋅15 + 14 |
| =>15 | = 1⋅14 + 1 |
| =>14 | = 14⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,74)=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= 15-1⋅14 | |||
| 14= 74-4⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -1⋅(74 -4⋅ 15)
= 1⋅15 -1⋅74 +4⋅ 15) = -1⋅74 +5⋅ 15 (=1) |
| 15= 89-1⋅74 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅74 +5⋅(89 -1⋅ 74)
= -1⋅74 +5⋅89 -5⋅ 74) = 5⋅89 -6⋅ 74 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,74)=1 = 5⋅89 -6⋅74
oder wenn man 5⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅89 = -6⋅74
-6⋅74 = -5⋅89 + 1 |+89⋅74
-6⋅74 + 89⋅74 = -5⋅89 + 89⋅74 + 1
(-6 + 89) ⋅ 74 = (-5 + 74) ⋅ 89 + 1
83⋅74 = 69⋅89 + 1
Es gilt also: 83⋅74 = 69⋅89 +1
Somit 83⋅74 = 1 mod 89
83 ist also das Inverse von 74 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
