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: (20998 - 3505) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20998 - 3505) mod 7 ≡ (20998 mod 7 - 3505 mod 7) mod 7.
20998 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20998
= 21000
3505 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3505
= 3500
Somit gilt:
(20998 - 3505) mod 7 ≡ (5 - 5) mod 7 ≡ 0 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 82) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(65 ⋅ 82) mod 5 ≡ (65 mod 5 ⋅ 82 mod 5) mod 5.
65 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 65 + 0 = 13 ⋅ 5 + 0 ist.
82 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 80 + 2 = 16 ⋅ 5 + 2 ist.
Somit gilt:
(65 ⋅ 82) mod 5 ≡ (0 ⋅ 2) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 317128 mod 829.
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. 317 -> x
2. mod(x²,829) -> 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: 3171=317
2: 3172=3171+1=3171⋅3171 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 180 mod 829
4: 3174=3172+2=3172⋅3172 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 69 mod 829
8: 3178=3174+4=3174⋅3174 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 616 mod 829
16: 31716=3178+8=3178⋅3178 ≡ 616⋅616=379456 ≡ 603 mod 829
32: 31732=31716+16=31716⋅31716 ≡ 603⋅603=363609 ≡ 507 mod 829
64: 31764=31732+32=31732⋅31732 ≡ 507⋅507=257049 ≡ 59 mod 829
128: 317128=31764+64=31764⋅31764 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 165 mod 829
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 447118 mod 643.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 118 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 118 an und zerlegen 118 in eine Summer von 2er-Potenzen:
118 = 64+32+16+4+2
1: 4471=447
2: 4472=4471+1=4471⋅4471 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 479 mod 643
4: 4474=4472+2=4472⋅4472 ≡ 479⋅479=229441 ≡ 533 mod 643
8: 4478=4474+4=4474⋅4474 ≡ 533⋅533=284089 ≡ 526 mod 643
16: 44716=4478+8=4478⋅4478 ≡ 526⋅526=276676 ≡ 186 mod 643
32: 44732=44716+16=44716⋅44716 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 517 mod 643
64: 44764=44732+32=44732⋅44732 ≡ 517⋅517=267289 ≡ 444 mod 643
447118
= 44764+32+16+4+2
= 44764⋅44732⋅44716⋅4474⋅4472
≡ 444 ⋅ 517 ⋅ 186 ⋅ 533 ⋅ 479 mod 643
≡ 229548 ⋅ 186 ⋅ 533 ⋅ 479 mod 643 ≡ 640 ⋅ 186 ⋅ 533 ⋅ 479 mod 643
≡ 119040 ⋅ 533 ⋅ 479 mod 643 ≡ 85 ⋅ 533 ⋅ 479 mod 643
≡ 45305 ⋅ 479 mod 643 ≡ 295 ⋅ 479 mod 643
≡ 141305 mod 643 ≡ 488 mod 643
Es gilt also: 447118 ≡ 488 mod 643
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 29.
Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 29
| =>71 | = 2⋅29 + 13 |
| =>29 | = 2⋅13 + 3 |
| =>13 | = 4⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,29)=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= 13-4⋅3 | |||
| 3= 29-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -4⋅(29 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅29 +8⋅ 13) = -4⋅29 +9⋅ 13 (=1) |
| 13= 71-2⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅29 +9⋅(71 -2⋅ 29)
= -4⋅29 +9⋅71 -18⋅ 29) = 9⋅71 -22⋅ 29 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,29)=1 = 9⋅71 -22⋅29
oder wenn man 9⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅71 = -22⋅29
-22⋅29 = -9⋅71 + 1 |+71⋅29
-22⋅29 + 71⋅29 = -9⋅71 + 71⋅29 + 1
(-22 + 71) ⋅ 29 = (-9 + 29) ⋅ 71 + 1
49⋅29 = 20⋅71 + 1
Es gilt also: 49⋅29 = 20⋅71 +1
Somit 49⋅29 = 1 mod 71
49 ist also das Inverse von 29 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
