Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (706 - 7000) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(706 - 7000) mod 7 ≡ (706 mod 7 - 7000 mod 7) mod 7.
706 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 706
= 700
7000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7000
= 7000
Somit gilt:
(706 - 7000) mod 7 ≡ (6 - 0) mod 7 ≡ 6 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 20) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(43 ⋅ 20) mod 5 ≡ (43 mod 5 ⋅ 20 mod 5) mod 5.
43 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 40 + 3 = 8 ⋅ 5 + 3 ist.
20 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 20 + 0 = 4 ⋅ 5 + 0 ist.
Somit gilt:
(43 ⋅ 20) mod 5 ≡ (3 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 15064 mod 367.
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. 150 -> x
2. mod(x²,367) -> 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: 1501=150
2: 1502=1501+1=1501⋅1501 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 113 mod 367
4: 1504=1502+2=1502⋅1502 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 291 mod 367
8: 1508=1504+4=1504⋅1504 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 271 mod 367
16: 15016=1508+8=1508⋅1508 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 41 mod 367
32: 15032=15016+16=15016⋅15016 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 213 mod 367
64: 15064=15032+32=15032⋅15032 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 228 mod 367
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 440121 mod 719.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 121 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 121 an und zerlegen 121 in eine Summer von 2er-Potenzen:
121 = 64+32+16+8+1
1: 4401=440
2: 4402=4401+1=4401⋅4401 ≡ 440⋅440=193600 ≡ 189 mod 719
4: 4404=4402+2=4402⋅4402 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 490 mod 719
8: 4408=4404+4=4404⋅4404 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 673 mod 719
16: 44016=4408+8=4408⋅4408 ≡ 673⋅673=452929 ≡ 678 mod 719
32: 44032=44016+16=44016⋅44016 ≡ 678⋅678=459684 ≡ 243 mod 719
64: 44064=44032+32=44032⋅44032 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 91 mod 719
440121
= 44064+32+16+8+1
= 44064⋅44032⋅44016⋅4408⋅4401
≡ 91 ⋅ 243 ⋅ 678 ⋅ 673 ⋅ 440 mod 719
≡ 22113 ⋅ 678 ⋅ 673 ⋅ 440 mod 719 ≡ 543 ⋅ 678 ⋅ 673 ⋅ 440 mod 719
≡ 368154 ⋅ 673 ⋅ 440 mod 719 ≡ 26 ⋅ 673 ⋅ 440 mod 719
≡ 17498 ⋅ 440 mod 719 ≡ 242 ⋅ 440 mod 719
≡ 106480 mod 719 ≡ 68 mod 719
Es gilt also: 440121 ≡ 68 mod 719
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 25.
Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 25
| =>71 | = 2⋅25 + 21 |
| =>25 | = 1⋅21 + 4 |
| =>21 | = 5⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,25)=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= 21-5⋅4 | |||
| 4= 25-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -5⋅(25 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -5⋅25 +5⋅ 21) = -5⋅25 +6⋅ 21 (=1) |
| 21= 71-2⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅25 +6⋅(71 -2⋅ 25)
= -5⋅25 +6⋅71 -12⋅ 25) = 6⋅71 -17⋅ 25 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,25)=1 = 6⋅71 -17⋅25
oder wenn man 6⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -6⋅71 = -17⋅25
-17⋅25 = -6⋅71 + 1 |+71⋅25
-17⋅25 + 71⋅25 = -6⋅71 + 71⋅25 + 1
(-17 + 71) ⋅ 25 = (-6 + 25) ⋅ 71 + 1
54⋅25 = 19⋅71 + 1
Es gilt also: 54⋅25 = 19⋅71 +1
Somit 54⋅25 = 1 mod 71
54 ist also das Inverse von 25 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
