Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (235 - 3000) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(235 - 3000) mod 6 ≡ (235 mod 6 - 3000 mod 6) mod 6.
235 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 235
= 240
3000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000
= 3000
Somit gilt:
(235 - 3000) mod 6 ≡ (1 - 0) mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 78) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(93 ⋅ 78) mod 5 ≡ (93 mod 5 ⋅ 78 mod 5) mod 5.
93 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 18 ⋅ 5 + 3 ist.
78 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 75 + 3 = 15 ⋅ 5 + 3 ist.
Somit gilt:
(93 ⋅ 78) mod 5 ≡ (3 ⋅ 3) mod 5 ≡ 9 mod 5 ≡ 4 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 24864 mod 311.
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. 248 -> x
2. mod(x²,311) -> 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: 2481=248
2: 2482=2481+1=2481⋅2481 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 237 mod 311
4: 2484=2482+2=2482⋅2482 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 189 mod 311
8: 2488=2484+4=2484⋅2484 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 267 mod 311
16: 24816=2488+8=2488⋅2488 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 70 mod 311
32: 24832=24816+16=24816⋅24816 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 235 mod 311
64: 24864=24832+32=24832⋅24832 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 178 mod 311
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 581205 mod 881.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 205 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 205 an und zerlegen 205 in eine Summer von 2er-Potenzen:
205 = 128+64+8+4+1
1: 5811=581
2: 5812=5811+1=5811⋅5811 ≡ 581⋅581=337561 ≡ 138 mod 881
4: 5814=5812+2=5812⋅5812 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 543 mod 881
8: 5818=5814+4=5814⋅5814 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 595 mod 881
16: 58116=5818+8=5818⋅5818 ≡ 595⋅595=354025 ≡ 744 mod 881
32: 58132=58116+16=58116⋅58116 ≡ 744⋅744=553536 ≡ 268 mod 881
64: 58164=58132+32=58132⋅58132 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 463 mod 881
128: 581128=58164+64=58164⋅58164 ≡ 463⋅463=214369 ≡ 286 mod 881
581205
= 581128+64+8+4+1
= 581128⋅58164⋅5818⋅5814⋅5811
≡ 286 ⋅ 463 ⋅ 595 ⋅ 543 ⋅ 581 mod 881
≡ 132418 ⋅ 595 ⋅ 543 ⋅ 581 mod 881 ≡ 268 ⋅ 595 ⋅ 543 ⋅ 581 mod 881
≡ 159460 ⋅ 543 ⋅ 581 mod 881 ≡ 880 ⋅ 543 ⋅ 581 mod 881
≡ 477840 ⋅ 581 mod 881 ≡ 338 ⋅ 581 mod 881
≡ 196378 mod 881 ≡ 796 mod 881
Es gilt also: 581205 ≡ 796 mod 881
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 41.
Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 41
| =>101 | = 2⋅41 + 19 |
| =>41 | = 2⋅19 + 3 |
| =>19 | = 6⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,41)=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= 19-6⋅3 | |||
| 3= 41-2⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅19 -6⋅(41 -2⋅ 19)
= 1⋅19 -6⋅41 +12⋅ 19) = -6⋅41 +13⋅ 19 (=1) |
| 19= 101-2⋅41 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅41 +13⋅(101 -2⋅ 41)
= -6⋅41 +13⋅101 -26⋅ 41) = 13⋅101 -32⋅ 41 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,41)=1 = 13⋅101 -32⋅41
oder wenn man 13⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅101 = -32⋅41
-32⋅41 = -13⋅101 + 1 |+101⋅41
-32⋅41 + 101⋅41 = -13⋅101 + 101⋅41 + 1
(-32 + 101) ⋅ 41 = (-13 + 41) ⋅ 101 + 1
69⋅41 = 28⋅101 + 1
Es gilt also: 69⋅41 = 28⋅101 +1
Somit 69⋅41 = 1 mod 101
69 ist also das Inverse von 41 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
