Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2004 + 120) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2004 + 120) mod 4 ≡ (2004 mod 4 + 120 mod 4) mod 4.
2004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2004
= 2000
120 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 120
= 120
Somit gilt:
(2004 + 120) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 56) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(61 ⋅ 56) mod 6 ≡ (61 mod 6 ⋅ 56 mod 6) mod 6.
61 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 10 ⋅ 6 + 1 ist.
56 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 54 + 2 = 9 ⋅ 6 + 2 ist.
Somit gilt:
(61 ⋅ 56) mod 6 ≡ (1 ⋅ 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 14732 mod 307.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 147 -> x
2. mod(x²,307) -> 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: 1471=147
2: 1472=1471+1=1471⋅1471 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 119 mod 307
4: 1474=1472+2=1472⋅1472 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 39 mod 307
8: 1478=1474+4=1474⋅1474 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 293 mod 307
16: 14716=1478+8=1478⋅1478 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 196 mod 307
32: 14732=14716+16=14716⋅14716 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 41 mod 307
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 411244 mod 631.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 244 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 244 an und zerlegen 244 in eine Summer von 2er-Potenzen:
244 = 128+64+32+16+4
1: 4111=411
2: 4112=4111+1=4111⋅4111 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 444 mod 631
4: 4114=4112+2=4112⋅4112 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 264 mod 631
8: 4118=4114+4=4114⋅4114 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 286 mod 631
16: 41116=4118+8=4118⋅4118 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 397 mod 631
32: 41132=41116+16=41116⋅41116 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 490 mod 631
64: 41164=41132+32=41132⋅41132 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 320 mod 631
128: 411128=41164+64=41164⋅41164 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 178 mod 631
411244
= 411128+64+32+16+4
= 411128⋅41164⋅41132⋅41116⋅4114
≡ 178 ⋅ 320 ⋅ 490 ⋅ 397 ⋅ 264 mod 631
≡ 56960 ⋅ 490 ⋅ 397 ⋅ 264 mod 631 ≡ 170 ⋅ 490 ⋅ 397 ⋅ 264 mod 631
≡ 83300 ⋅ 397 ⋅ 264 mod 631 ≡ 8 ⋅ 397 ⋅ 264 mod 631
≡ 3176 ⋅ 264 mod 631 ≡ 21 ⋅ 264 mod 631
≡ 5544 mod 631 ≡ 496 mod 631
Es gilt also: 411244 ≡ 496 mod 631
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 30.
Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 30
| =>67 | = 2⋅30 + 7 |
| =>30 | = 4⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,30)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 30-4⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(30 -4⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅30 +12⋅ 7) = -3⋅30 +13⋅ 7 (=1) |
| 7= 67-2⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅30 +13⋅(67 -2⋅ 30)
= -3⋅30 +13⋅67 -26⋅ 30) = 13⋅67 -29⋅ 30 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,30)=1 = 13⋅67 -29⋅30
oder wenn man 13⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅67 = -29⋅30
-29⋅30 = -13⋅67 + 1 |+67⋅30
-29⋅30 + 67⋅30 = -13⋅67 + 67⋅30 + 1
(-29 + 67) ⋅ 30 = (-13 + 30) ⋅ 67 + 1
38⋅30 = 17⋅67 + 1
Es gilt also: 38⋅30 = 17⋅67 +1
Somit 38⋅30 = 1 mod 67
38 ist also das Inverse von 30 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
