Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2998 - 2398) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2998 - 2398) mod 6 ≡ (2998 mod 6 - 2398 mod 6) mod 6.
2998 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2998
= 3000
2398 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2398
= 2400
Somit gilt:
(2998 - 2398) mod 6 ≡ (4 - 4) mod 6 ≡ 0 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 47) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(83 ⋅ 47) mod 6 ≡ (83 mod 6 ⋅ 47 mod 6) mod 6.
83 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 78 + 5 = 13 ⋅ 6 + 5 ist.
47 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 42 + 5 = 7 ⋅ 6 + 5 ist.
Somit gilt:
(83 ⋅ 47) mod 6 ≡ (5 ⋅ 5) mod 6 ≡ 25 mod 6 ≡ 1 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 2938 mod 433.
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. 293 -> x
2. mod(x²,433) -> 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: 2931=293
2: 2932=2931+1=2931⋅2931 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 115 mod 433
4: 2934=2932+2=2932⋅2932 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 235 mod 433
8: 2938=2934+4=2934⋅2934 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 234 mod 433
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 364123 mod 787.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 123 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 123 an und zerlegen 123 in eine Summer von 2er-Potenzen:
123 = 64+32+16+8+2+1
1: 3641=364
2: 3642=3641+1=3641⋅3641 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 280 mod 787
4: 3644=3642+2=3642⋅3642 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 487 mod 787
8: 3648=3644+4=3644⋅3644 ≡ 487⋅487=237169 ≡ 282 mod 787
16: 36416=3648+8=3648⋅3648 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 37 mod 787
32: 36432=36416+16=36416⋅36416 ≡ 37⋅37=1369 ≡ 582 mod 787
64: 36464=36432+32=36432⋅36432 ≡ 582⋅582=338724 ≡ 314 mod 787
364123
= 36464+32+16+8+2+1
= 36464⋅36432⋅36416⋅3648⋅3642⋅3641
≡ 314 ⋅ 582 ⋅ 37 ⋅ 282 ⋅ 280 ⋅ 364 mod 787
≡ 182748 ⋅ 37 ⋅ 282 ⋅ 280 ⋅ 364 mod 787 ≡ 164 ⋅ 37 ⋅ 282 ⋅ 280 ⋅ 364 mod 787
≡ 6068 ⋅ 282 ⋅ 280 ⋅ 364 mod 787 ≡ 559 ⋅ 282 ⋅ 280 ⋅ 364 mod 787
≡ 157638 ⋅ 280 ⋅ 364 mod 787 ≡ 238 ⋅ 280 ⋅ 364 mod 787
≡ 66640 ⋅ 364 mod 787 ≡ 532 ⋅ 364 mod 787
≡ 193648 mod 787 ≡ 46 mod 787
Es gilt also: 364123 ≡ 46 mod 787
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 48.
Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 48
| =>89 | = 1⋅48 + 41 |
| =>48 | = 1⋅41 + 7 |
| =>41 | = 5⋅7 + 6 |
| =>7 | = 1⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,48)=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= 7-1⋅6 | |||
| 6= 41-5⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -1⋅(41 -5⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅41 +5⋅ 7) = -1⋅41 +6⋅ 7 (=1) |
| 7= 48-1⋅41 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅41 +6⋅(48 -1⋅ 41)
= -1⋅41 +6⋅48 -6⋅ 41) = 6⋅48 -7⋅ 41 (=1) |
| 41= 89-1⋅48 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 6⋅48 -7⋅(89 -1⋅ 48)
= 6⋅48 -7⋅89 +7⋅ 48) = -7⋅89 +13⋅ 48 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,48)=1 = -7⋅89 +13⋅48
oder wenn man -7⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +7⋅89 = +13⋅48
Es gilt also: 13⋅48 = 7⋅89 +1
Somit 13⋅48 = 1 mod 89
13 ist also das Inverse von 48 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
