Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1200 - 120) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1200 - 120) mod 4 ≡ (1200 mod 4 - 120 mod 4) mod 4.
1200 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200
= 1200
120 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 120
= 120
Somit gilt:
(1200 - 120) mod 4 ≡ (0 - 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (17 ⋅ 57) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17 ⋅ 57) mod 10 ≡ (17 mod 10 ⋅ 57 mod 10) mod 10.
17 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 10 + 7 = 1 ⋅ 10 + 7 ist.
57 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 50 + 7 = 5 ⋅ 10 + 7 ist.
Somit gilt:
(17 ⋅ 57) mod 10 ≡ (7 ⋅ 7) mod 10 ≡ 49 mod 10 ≡ 9 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 41064 mod 877.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 410 -> x
2. mod(x²,877) -> 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: 4101=410
2: 4102=4101+1=4101⋅4101 ≡ 410⋅410=168100 ≡ 593 mod 877
4: 4104=4102+2=4102⋅4102 ≡ 593⋅593=351649 ≡ 849 mod 877
8: 4108=4104+4=4104⋅4104 ≡ 849⋅849=720801 ≡ 784 mod 877
16: 41016=4108+8=4108⋅4108 ≡ 784⋅784=614656 ≡ 756 mod 877
32: 41032=41016+16=41016⋅41016 ≡ 756⋅756=571536 ≡ 609 mod 877
64: 41064=41032+32=41032⋅41032 ≡ 609⋅609=370881 ≡ 787 mod 877
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 417153 mod 631.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 153 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 153 an und zerlegen 153 in eine Summer von 2er-Potenzen:
153 = 128+16+8+1
1: 4171=417
2: 4172=4171+1=4171⋅4171 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 364 mod 631
4: 4174=4172+2=4172⋅4172 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 617 mod 631
8: 4178=4174+4=4174⋅4174 ≡ 617⋅617=380689 ≡ 196 mod 631
16: 41716=4178+8=4178⋅4178 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 556 mod 631
32: 41732=41716+16=41716⋅41716 ≡ 556⋅556=309136 ≡ 577 mod 631
64: 41764=41732+32=41732⋅41732 ≡ 577⋅577=332929 ≡ 392 mod 631
128: 417128=41764+64=41764⋅41764 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 331 mod 631
417153
= 417128+16+8+1
= 417128⋅41716⋅4178⋅4171
≡ 331 ⋅ 556 ⋅ 196 ⋅ 417 mod 631
≡ 184036 ⋅ 196 ⋅ 417 mod 631 ≡ 415 ⋅ 196 ⋅ 417 mod 631
≡ 81340 ⋅ 417 mod 631 ≡ 572 ⋅ 417 mod 631
≡ 238524 mod 631 ≡ 6 mod 631
Es gilt also: 417153 ≡ 6 mod 631
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 33.
Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 33
| =>97 | = 2⋅33 + 31 |
| =>33 | = 1⋅31 + 2 |
| =>31 | = 15⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,33)=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= 31-15⋅2 | |||
| 2= 33-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅31 -15⋅(33 -1⋅ 31)
= 1⋅31 -15⋅33 +15⋅ 31) = -15⋅33 +16⋅ 31 (=1) |
| 31= 97-2⋅33 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -15⋅33 +16⋅(97 -2⋅ 33)
= -15⋅33 +16⋅97 -32⋅ 33) = 16⋅97 -47⋅ 33 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,33)=1 = 16⋅97 -47⋅33
oder wenn man 16⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 -16⋅97 = -47⋅33
-47⋅33 = -16⋅97 + 1 |+97⋅33
-47⋅33 + 97⋅33 = -16⋅97 + 97⋅33 + 1
(-47 + 97) ⋅ 33 = (-16 + 33) ⋅ 97 + 1
50⋅33 = 17⋅97 + 1
Es gilt also: 50⋅33 = 17⋅97 +1
Somit 50⋅33 = 1 mod 97
50 ist also das Inverse von 33 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
