Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (102 + 499) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(102 + 499) mod 5 ≡ (102 mod 5 + 499 mod 5) mod 5.
102 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 102
= 100
499 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 499
= 400
Somit gilt:
(102 + 499) mod 5 ≡ (2 + 4) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (31 ⋅ 28) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(31 ⋅ 28) mod 4 ≡ (31 mod 4 ⋅ 28 mod 4) mod 4.
31 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 28 + 3 = 7 ⋅ 4 + 3 ist.
28 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 28 + 0 = 7 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(31 ⋅ 28) mod 4 ≡ (3 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 22464 mod 281.
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. 224 -> x
2. mod(x²,281) -> 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: 2241=224
2: 2242=2241+1=2241⋅2241 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 158 mod 281
4: 2244=2242+2=2242⋅2242 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 236 mod 281
8: 2248=2244+4=2244⋅2244 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 58 mod 281
16: 22416=2248+8=2248⋅2248 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 273 mod 281
32: 22432=22416+16=22416⋅22416 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 64 mod 281
64: 22464=22432+32=22432⋅22432 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 162 mod 281
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 411233 mod 857.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 233 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 233 an und zerlegen 233 in eine Summer von 2er-Potenzen:
233 = 128+64+32+8+1
1: 4111=411
2: 4112=4111+1=4111⋅4111 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 92 mod 857
4: 4114=4112+2=4112⋅4112 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 751 mod 857
8: 4118=4114+4=4114⋅4114 ≡ 751⋅751=564001 ≡ 95 mod 857
16: 41116=4118+8=4118⋅4118 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 455 mod 857
32: 41132=41116+16=41116⋅41116 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 488 mod 857
64: 41164=41132+32=41132⋅41132 ≡ 488⋅488=238144 ≡ 755 mod 857
128: 411128=41164+64=41164⋅41164 ≡ 755⋅755=570025 ≡ 120 mod 857
411233
= 411128+64+32+8+1
= 411128⋅41164⋅41132⋅4118⋅4111
≡ 120 ⋅ 755 ⋅ 488 ⋅ 95 ⋅ 411 mod 857
≡ 90600 ⋅ 488 ⋅ 95 ⋅ 411 mod 857 ≡ 615 ⋅ 488 ⋅ 95 ⋅ 411 mod 857
≡ 300120 ⋅ 95 ⋅ 411 mod 857 ≡ 170 ⋅ 95 ⋅ 411 mod 857
≡ 16150 ⋅ 411 mod 857 ≡ 724 ⋅ 411 mod 857
≡ 297564 mod 857 ≡ 185 mod 857
Es gilt also: 411233 ≡ 185 mod 857
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 67.
Also bestimme x, so dass 67 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 67
| =>101 | = 1⋅67 + 34 |
| =>67 | = 1⋅34 + 33 |
| =>34 | = 1⋅33 + 1 |
| =>33 | = 33⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,67)=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= 34-1⋅33 | |||
| 33= 67-1⋅34 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅34 -1⋅(67 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -1⋅67 +1⋅ 34) = -1⋅67 +2⋅ 34 (=1) |
| 34= 101-1⋅67 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅67 +2⋅(101 -1⋅ 67)
= -1⋅67 +2⋅101 -2⋅ 67) = 2⋅101 -3⋅ 67 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,67)=1 = 2⋅101 -3⋅67
oder wenn man 2⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅101 = -3⋅67
-3⋅67 = -2⋅101 + 1 |+101⋅67
-3⋅67 + 101⋅67 = -2⋅101 + 101⋅67 + 1
(-3 + 101) ⋅ 67 = (-2 + 67) ⋅ 101 + 1
98⋅67 = 65⋅101 + 1
Es gilt also: 98⋅67 = 65⋅101 +1
Somit 98⋅67 = 1 mod 101
98 ist also das Inverse von 67 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
