Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (234 - 18005) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(234 - 18005) mod 6 ≡ (234 mod 6 - 18005 mod 6) mod 6.
234 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 234
= 240
18005 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18005
= 18000
Somit gilt:
(234 - 18005) mod 6 ≡ (0 - 5) mod 6 ≡ -5 mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (99 ⋅ 25) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(99 ⋅ 25) mod 4 ≡ (99 mod 4 ⋅ 25 mod 4) mod 4.
99 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 96 + 3 = 24 ⋅ 4 + 3 ist.
25 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 24 + 1 = 6 ⋅ 4 + 1 ist.
Somit gilt:
(99 ⋅ 25) mod 4 ≡ (3 ⋅ 1) mod 4 ≡ 3 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 6728 mod 977.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 672 -> x
2. mod(x²,977) -> 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: 6721=672
2: 6722=6721+1=6721⋅6721 ≡ 672⋅672=451584 ≡ 210 mod 977
4: 6724=6722+2=6722⋅6722 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 135 mod 977
8: 6728=6724+4=6724⋅6724 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 639 mod 977
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 478190 mod 619.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 190 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 190 an und zerlegen 190 in eine Summer von 2er-Potenzen:
190 = 128+32+16+8+4+2
1: 4781=478
2: 4782=4781+1=4781⋅4781 ≡ 478⋅478=228484 ≡ 73 mod 619
4: 4784=4782+2=4782⋅4782 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 377 mod 619
8: 4788=4784+4=4784⋅4784 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 378 mod 619
16: 47816=4788+8=4788⋅4788 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 514 mod 619
32: 47832=47816+16=47816⋅47816 ≡ 514⋅514=264196 ≡ 502 mod 619
64: 47864=47832+32=47832⋅47832 ≡ 502⋅502=252004 ≡ 71 mod 619
128: 478128=47864+64=47864⋅47864 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 89 mod 619
478190
= 478128+32+16+8+4+2
= 478128⋅47832⋅47816⋅4788⋅4784⋅4782
≡ 89 ⋅ 502 ⋅ 514 ⋅ 378 ⋅ 377 ⋅ 73 mod 619
≡ 44678 ⋅ 514 ⋅ 378 ⋅ 377 ⋅ 73 mod 619 ≡ 110 ⋅ 514 ⋅ 378 ⋅ 377 ⋅ 73 mod 619
≡ 56540 ⋅ 378 ⋅ 377 ⋅ 73 mod 619 ≡ 211 ⋅ 378 ⋅ 377 ⋅ 73 mod 619
≡ 79758 ⋅ 377 ⋅ 73 mod 619 ≡ 526 ⋅ 377 ⋅ 73 mod 619
≡ 198302 ⋅ 73 mod 619 ≡ 222 ⋅ 73 mod 619
≡ 16206 mod 619 ≡ 112 mod 619
Es gilt also: 478190 ≡ 112 mod 619
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 36.
Also bestimme x, so dass 36 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 36
| =>53 | = 1⋅36 + 17 |
| =>36 | = 2⋅17 + 2 |
| =>17 | = 8⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,36)=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= 17-8⋅2 | |||
| 2= 36-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17) = -8⋅36 +17⋅ 17 (=1) |
| 17= 53-1⋅36 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -8⋅36 +17⋅(53 -1⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅53 -17⋅ 36) = 17⋅53 -25⋅ 36 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,36)=1 = 17⋅53 -25⋅36
oder wenn man 17⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -17⋅53 = -25⋅36
-25⋅36 = -17⋅53 + 1 |+53⋅36
-25⋅36 + 53⋅36 = -17⋅53 + 53⋅36 + 1
(-25 + 53) ⋅ 36 = (-17 + 36) ⋅ 53 + 1
28⋅36 = 19⋅53 + 1
Es gilt also: 28⋅36 = 19⋅53 +1
Somit 28⋅36 = 1 mod 53
28 ist also das Inverse von 36 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
