Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1198 + 118) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1198 + 118) mod 4 ≡ (1198 mod 4 + 118 mod 4) mod 4.
1198 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1198
= 1100
118 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 118
= 120
Somit gilt:
(1198 + 118) mod 4 ≡ (2 + 2) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (17 ⋅ 31) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17 ⋅ 31) mod 3 ≡ (17 mod 3 ⋅ 31 mod 3) mod 3.
17 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 15 + 2 = 5 ⋅ 3 + 2 ist.
31 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 30 + 1 = 10 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(17 ⋅ 31) mod 3 ≡ (2 ⋅ 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 931128 mod 997.
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. 931 -> x
2. mod(x²,997) -> 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: 9311=931
2: 9312=9311+1=9311⋅9311 ≡ 931⋅931=866761 ≡ 368 mod 997
4: 9314=9312+2=9312⋅9312 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 829 mod 997
8: 9318=9314+4=9314⋅9314 ≡ 829⋅829=687241 ≡ 308 mod 997
16: 93116=9318+8=9318⋅9318 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 149 mod 997
32: 93132=93116+16=93116⋅93116 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 267 mod 997
64: 93164=93132+32=93132⋅93132 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 502 mod 997
128: 931128=93164+64=93164⋅93164 ≡ 502⋅502=252004 ≡ 760 mod 997
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 165141 mod 277.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 141 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 141 an und zerlegen 141 in eine Summer von 2er-Potenzen:
141 = 128+8+4+1
1: 1651=165
2: 1652=1651+1=1651⋅1651 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 79 mod 277
4: 1654=1652+2=1652⋅1652 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 147 mod 277
8: 1658=1654+4=1654⋅1654 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 3 mod 277
16: 16516=1658+8=1658⋅1658 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 277
32: 16532=16516+16=16516⋅16516 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 277
64: 16564=16532+32=16532⋅16532 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 190 mod 277
128: 165128=16564+64=16564⋅16564 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 90 mod 277
165141
= 165128+8+4+1
= 165128⋅1658⋅1654⋅1651
≡ 90 ⋅ 3 ⋅ 147 ⋅ 165 mod 277
≡ 270 ⋅ 147 ⋅ 165 mod 277
≡ 39690 ⋅ 165 mod 277 ≡ 79 ⋅ 165 mod 277
≡ 13035 mod 277 ≡ 16 mod 277
Es gilt also: 165141 ≡ 16 mod 277
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 = 61 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
