Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1604 + 117) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1604 + 117) mod 4 ≡ (1604 mod 4 + 117 mod 4) mod 4.
1604 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1604
= 1600
117 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 117
= 120
Somit gilt:
(1604 + 117) mod 4 ≡ (0 + 1) mod 4 ≡ 1 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 77) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15 ⋅ 77) mod 11 ≡ (15 mod 11 ⋅ 77 mod 11) mod 11.
15 mod 11 ≡ 4 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 11 + 4 = 1 ⋅ 11 + 4 ist.
77 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 77 = 77 + 0 = 7 ⋅ 11 + 0 ist.
Somit gilt:
(15 ⋅ 77) mod 11 ≡ (4 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 39164 mod 491.
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. 391 -> x
2. mod(x²,491) -> 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: 3911=391
2: 3912=3911+1=3911⋅3911 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 180 mod 491
4: 3914=3912+2=3912⋅3912 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 485 mod 491
8: 3918=3914+4=3914⋅3914 ≡ 485⋅485=235225 ≡ 36 mod 491
16: 39116=3918+8=3918⋅3918 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 314 mod 491
32: 39132=39116+16=39116⋅39116 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 396 mod 491
64: 39164=39132+32=39132⋅39132 ≡ 396⋅396=156816 ≡ 187 mod 491
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 54777 mod 641.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 77 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 77 an und zerlegen 77 in eine Summer von 2er-Potenzen:
77 = 64+8+4+1
1: 5471=547
2: 5472=5471+1=5471⋅5471 ≡ 547⋅547=299209 ≡ 503 mod 641
4: 5474=5472+2=5472⋅5472 ≡ 503⋅503=253009 ≡ 455 mod 641
8: 5478=5474+4=5474⋅5474 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 623 mod 641
16: 54716=5478+8=5478⋅5478 ≡ 623⋅623=388129 ≡ 324 mod 641
32: 54732=54716+16=54716⋅54716 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 493 mod 641
64: 54764=54732+32=54732⋅54732 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 110 mod 641
54777
= 54764+8+4+1
= 54764⋅5478⋅5474⋅5471
≡ 110 ⋅ 623 ⋅ 455 ⋅ 547 mod 641
≡ 68530 ⋅ 455 ⋅ 547 mod 641 ≡ 584 ⋅ 455 ⋅ 547 mod 641
≡ 265720 ⋅ 547 mod 641 ≡ 346 ⋅ 547 mod 641
≡ 189262 mod 641 ≡ 167 mod 641
Es gilt also: 54777 ≡ 167 mod 641
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 37.
Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 37
| =>89 | = 2⋅37 + 15 |
| =>37 | = 2⋅15 + 7 |
| =>15 | = 2⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,37)=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= 15-2⋅7 | |||
| 7= 37-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -2⋅(37 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -2⋅37 +4⋅ 15) = -2⋅37 +5⋅ 15 (=1) |
| 15= 89-2⋅37 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅37 +5⋅(89 -2⋅ 37)
= -2⋅37 +5⋅89 -10⋅ 37) = 5⋅89 -12⋅ 37 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,37)=1 = 5⋅89 -12⋅37
oder wenn man 5⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅89 = -12⋅37
-12⋅37 = -5⋅89 + 1 |+89⋅37
-12⋅37 + 89⋅37 = -5⋅89 + 89⋅37 + 1
(-12 + 89) ⋅ 37 = (-5 + 37) ⋅ 89 + 1
77⋅37 = 32⋅89 + 1
Es gilt also: 77⋅37 = 32⋅89 +1
Somit 77⋅37 = 1 mod 89
77 ist also das Inverse von 37 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
