Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (344 + 28007) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(344 + 28007) mod 7 ≡ (344 mod 7 + 28007 mod 7) mod 7.
344 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 344
= 350
28007 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28007
= 28000
Somit gilt:
(344 + 28007) mod 7 ≡ (1 + 0) mod 7 ≡ 1 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (57 ⋅ 26) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(57 ⋅ 26) mod 6 ≡ (57 mod 6 ⋅ 26 mod 6) mod 6.
57 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 54 + 3 = 9 ⋅ 6 + 3 ist.
26 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 24 + 2 = 4 ⋅ 6 + 2 ist.
Somit gilt:
(57 ⋅ 26) mod 6 ≡ (3 ⋅ 2) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 349128 mod 439.
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. 349 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 3491=349
2: 3492=3491+1=3491⋅3491 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 198 mod 439
4: 3494=3492+2=3492⋅3492 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 133 mod 439
8: 3498=3494+4=3494⋅3494 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 129 mod 439
16: 34916=3498+8=3498⋅3498 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 398 mod 439
32: 34932=34916+16=34916⋅34916 ≡ 398⋅398=158404 ≡ 364 mod 439
64: 34964=34932+32=34932⋅34932 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 357 mod 439
128: 349128=34964+64=34964⋅34964 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 139 mod 439
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 37981 mod 397.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 81 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 81 an und zerlegen 81 in eine Summer von 2er-Potenzen:
81 = 64+16+1
1: 3791=379
2: 3792=3791+1=3791⋅3791 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 324 mod 397
4: 3794=3792+2=3792⋅3792 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 168 mod 397
8: 3798=3794+4=3794⋅3794 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 37 mod 397
16: 37916=3798+8=3798⋅3798 ≡ 37⋅37=1369 ≡ 178 mod 397
32: 37932=37916+16=37916⋅37916 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 321 mod 397
64: 37964=37932+32=37932⋅37932 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 218 mod 397
37981
= 37964+16+1
= 37964⋅37916⋅3791
≡ 218 ⋅ 178 ⋅ 379 mod 397
≡ 38804 ⋅ 379 mod 397 ≡ 295 ⋅ 379 mod 397
≡ 111805 mod 397 ≡ 248 mod 397
Es gilt also: 37981 ≡ 248 mod 397
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 38.
Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 38
| =>73 | = 1⋅38 + 35 |
| =>38 | = 1⋅35 + 3 |
| =>35 | = 11⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,38)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 35-11⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(35 -11⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅35 +11⋅ 3) = -1⋅35 +12⋅ 3 (=1) |
| 3= 38-1⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅35 +12⋅(38 -1⋅ 35)
= -1⋅35 +12⋅38 -12⋅ 35) = 12⋅38 -13⋅ 35 (=1) |
| 35= 73-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 12⋅38 -13⋅(73 -1⋅ 38)
= 12⋅38 -13⋅73 +13⋅ 38) = -13⋅73 +25⋅ 38 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,38)=1 = -13⋅73 +25⋅38
oder wenn man -13⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅73 = +25⋅38
Es gilt also: 25⋅38 = 13⋅73 +1
Somit 25⋅38 = 1 mod 73
25 ist also das Inverse von 38 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
