Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (92 + 1201) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(92 + 1201) mod 3 ≡ (92 mod 3 + 1201 mod 3) mod 3.
92 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92
= 90
1201 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1201
= 1200
Somit gilt:
(92 + 1201) mod 3 ≡ (2 + 1) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (50 ⋅ 83) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(50 ⋅ 83) mod 8 ≡ (50 mod 8 ⋅ 83 mod 8) mod 8.
50 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 48 + 2 = 6 ⋅ 8 + 2 ist.
83 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80 + 3 = 10 ⋅ 8 + 3 ist.
Somit gilt:
(50 ⋅ 83) mod 8 ≡ (2 ⋅ 3) mod 8 ≡ 6 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 17764 mod 227.
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. 177 -> x
2. mod(x²,227) -> 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: 1771=177
2: 1772=1771+1=1771⋅1771 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 3 mod 227
4: 1774=1772+2=1772⋅1772 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 227
8: 1778=1774+4=1774⋅1774 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 227
16: 17716=1778+8=1778⋅1778 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 205 mod 227
32: 17732=17716+16=17716⋅17716 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 30 mod 227
64: 17764=17732+32=17732⋅17732 ≡ 30⋅30=900 ≡ 219 mod 227
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 149242 mod 379.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 242 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 242 an und zerlegen 242 in eine Summer von 2er-Potenzen:
242 = 128+64+32+16+2
1: 1491=149
2: 1492=1491+1=1491⋅1491 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 219 mod 379
4: 1494=1492+2=1492⋅1492 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 207 mod 379
8: 1498=1494+4=1494⋅1494 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 22 mod 379
16: 14916=1498+8=1498⋅1498 ≡ 22⋅22=484 ≡ 105 mod 379
32: 14932=14916+16=14916⋅14916 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 34 mod 379
64: 14964=14932+32=14932⋅14932 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 19 mod 379
128: 149128=14964+64=14964⋅14964 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 379
149242
= 149128+64+32+16+2
= 149128⋅14964⋅14932⋅14916⋅1492
≡ 361 ⋅ 19 ⋅ 34 ⋅ 105 ⋅ 219 mod 379
≡ 6859 ⋅ 34 ⋅ 105 ⋅ 219 mod 379 ≡ 37 ⋅ 34 ⋅ 105 ⋅ 219 mod 379
≡ 1258 ⋅ 105 ⋅ 219 mod 379 ≡ 121 ⋅ 105 ⋅ 219 mod 379
≡ 12705 ⋅ 219 mod 379 ≡ 198 ⋅ 219 mod 379
≡ 43362 mod 379 ≡ 156 mod 379
Es gilt also: 149242 ≡ 156 mod 379
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 37.
Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 37
| =>53 | = 1⋅37 + 16 |
| =>37 | = 2⋅16 + 5 |
| =>16 | = 3⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,37)=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= 16-3⋅5 | |||
| 5= 37-2⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅16 -3⋅(37 -2⋅ 16)
= 1⋅16 -3⋅37 +6⋅ 16) = -3⋅37 +7⋅ 16 (=1) |
| 16= 53-1⋅37 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅37 +7⋅(53 -1⋅ 37)
= -3⋅37 +7⋅53 -7⋅ 37) = 7⋅53 -10⋅ 37 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,37)=1 = 7⋅53 -10⋅37
oder wenn man 7⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅53 = -10⋅37
-10⋅37 = -7⋅53 + 1 |+53⋅37
-10⋅37 + 53⋅37 = -7⋅53 + 53⋅37 + 1
(-10 + 53) ⋅ 37 = (-7 + 37) ⋅ 53 + 1
43⋅37 = 30⋅53 + 1
Es gilt also: 43⋅37 = 30⋅53 +1
Somit 43⋅37 = 1 mod 53
43 ist also das Inverse von 37 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
