Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1201 + 5998) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1201 + 5998) mod 6 ≡ (1201 mod 6 + 5998 mod 6) mod 6.
1201 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1201
= 1200
5998 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5998
= 6000
Somit gilt:
(1201 + 5998) mod 6 ≡ (1 + 4) mod 6 ≡ 5 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 62) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20 ⋅ 62) mod 10 ≡ (20 mod 10 ⋅ 62 mod 10) mod 10.
20 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 20 + 0 = 2 ⋅ 10 + 0 ist.
62 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60 + 2 = 6 ⋅ 10 + 2 ist.
Somit gilt:
(20 ⋅ 62) mod 10 ≡ (0 ⋅ 2) mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 430128 mod 593.
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. 430 -> x
2. mod(x²,593) -> 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: 4301=430
2: 4302=4301+1=4301⋅4301 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 477 mod 593
4: 4304=4302+2=4302⋅4302 ≡ 477⋅477=227529 ≡ 410 mod 593
8: 4308=4304+4=4304⋅4304 ≡ 410⋅410=168100 ≡ 281 mod 593
16: 43016=4308+8=4308⋅4308 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 92 mod 593
32: 43032=43016+16=43016⋅43016 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 162 mod 593
64: 43064=43032+32=43032⋅43032 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 152 mod 593
128: 430128=43064+64=43064⋅43064 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 570 mod 593
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 237174 mod 337.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 174 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 174 an und zerlegen 174 in eine Summer von 2er-Potenzen:
174 = 128+32+8+4+2
1: 2371=237
2: 2372=2371+1=2371⋅2371 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 227 mod 337
4: 2374=2372+2=2372⋅2372 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 305 mod 337
8: 2378=2374+4=2374⋅2374 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 13 mod 337
16: 23716=2378+8=2378⋅2378 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 337
32: 23732=23716+16=23716⋅23716 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 253 mod 337
64: 23764=23732+32=23732⋅23732 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 316 mod 337
128: 237128=23764+64=23764⋅23764 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 104 mod 337
237174
= 237128+32+8+4+2
= 237128⋅23732⋅2378⋅2374⋅2372
≡ 104 ⋅ 253 ⋅ 13 ⋅ 305 ⋅ 227 mod 337
≡ 26312 ⋅ 13 ⋅ 305 ⋅ 227 mod 337 ≡ 26 ⋅ 13 ⋅ 305 ⋅ 227 mod 337
≡ 338 ⋅ 305 ⋅ 227 mod 337 ≡ 1 ⋅ 305 ⋅ 227 mod 337
≡ 305 ⋅ 227 mod 337
≡ 69235 mod 337 ≡ 150 mod 337
Es gilt also: 237174 ≡ 150 mod 337
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 69.
Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 69
| =>83 | = 1⋅69 + 14 |
| =>69 | = 4⋅14 + 13 |
| =>14 | = 1⋅13 + 1 |
| =>13 | = 13⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,69)=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= 14-1⋅13 | |||
| 13= 69-4⋅14 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅14 -1⋅(69 -4⋅ 14)
= 1⋅14 -1⋅69 +4⋅ 14) = -1⋅69 +5⋅ 14 (=1) |
| 14= 83-1⋅69 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅69 +5⋅(83 -1⋅ 69)
= -1⋅69 +5⋅83 -5⋅ 69) = 5⋅83 -6⋅ 69 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,69)=1 = 5⋅83 -6⋅69
oder wenn man 5⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅83 = -6⋅69
-6⋅69 = -5⋅83 + 1 |+83⋅69
-6⋅69 + 83⋅69 = -5⋅83 + 83⋅69 + 1
(-6 + 83) ⋅ 69 = (-5 + 69) ⋅ 83 + 1
77⋅69 = 64⋅83 + 1
Es gilt also: 77⋅69 = 64⋅83 +1
Somit 77⋅69 = 1 mod 83
77 ist also das Inverse von 69 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
