Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (12002 - 114) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(12002 - 114) mod 6 ≡ (12002 mod 6 - 114 mod 6) mod 6.
12002 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12002
= 12000
114 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 114
= 120
Somit gilt:
(12002 - 114) mod 6 ≡ (2 - 0) mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (99 ⋅ 66) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(99 ⋅ 66) mod 5 ≡ (99 mod 5 ⋅ 66 mod 5) mod 5.
99 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 95 + 4 = 19 ⋅ 5 + 4 ist.
66 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 65 + 1 = 13 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(99 ⋅ 66) mod 5 ≡ (4 ⋅ 1) mod 5 ≡ 4 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 36364 mod 881.
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. 363 -> x
2. mod(x²,881) -> 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: 3631=363
2: 3632=3631+1=3631⋅3631 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 500 mod 881
4: 3634=3632+2=3632⋅3632 ≡ 500⋅500=250000 ≡ 677 mod 881
8: 3638=3634+4=3634⋅3634 ≡ 677⋅677=458329 ≡ 209 mod 881
16: 36316=3638+8=3638⋅3638 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 512 mod 881
32: 36332=36316+16=36316⋅36316 ≡ 512⋅512=262144 ≡ 487 mod 881
64: 36364=36332+32=36332⋅36332 ≡ 487⋅487=237169 ≡ 180 mod 881
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 31162 mod 677.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 62 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 62 an und zerlegen 62 in eine Summer von 2er-Potenzen:
62 = 32+16+8+4+2
1: 3111=311
2: 3112=3111+1=3111⋅3111 ≡ 311⋅311=96721 ≡ 587 mod 677
4: 3114=3112+2=3112⋅3112 ≡ 587⋅587=344569 ≡ 653 mod 677
8: 3118=3114+4=3114⋅3114 ≡ 653⋅653=426409 ≡ 576 mod 677
16: 31116=3118+8=3118⋅3118 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 46 mod 677
32: 31132=31116+16=31116⋅31116 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 85 mod 677
31162
= 31132+16+8+4+2
= 31132⋅31116⋅3118⋅3114⋅3112
≡ 85 ⋅ 46 ⋅ 576 ⋅ 653 ⋅ 587 mod 677
≡ 3910 ⋅ 576 ⋅ 653 ⋅ 587 mod 677 ≡ 525 ⋅ 576 ⋅ 653 ⋅ 587 mod 677
≡ 302400 ⋅ 653 ⋅ 587 mod 677 ≡ 458 ⋅ 653 ⋅ 587 mod 677
≡ 299074 ⋅ 587 mod 677 ≡ 517 ⋅ 587 mod 677
≡ 303479 mod 677 ≡ 183 mod 677
Es gilt also: 31162 ≡ 183 mod 677
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 48.
Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 48
| =>101 | = 2⋅48 + 5 |
| =>48 | = 9⋅5 + 3 |
| =>5 | = 1⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,48)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 5-1⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(5 -1⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅5 +1⋅ 3) = -1⋅5 +2⋅ 3 (=1) |
| 3= 48-9⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅5 +2⋅(48 -9⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅48 -18⋅ 5) = 2⋅48 -19⋅ 5 (=1) |
| 5= 101-2⋅48 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅48 -19⋅(101 -2⋅ 48)
= 2⋅48 -19⋅101 +38⋅ 48) = -19⋅101 +40⋅ 48 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,48)=1 = -19⋅101 +40⋅48
oder wenn man -19⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +19⋅101 = +40⋅48
Es gilt also: 40⋅48 = 19⋅101 +1
Somit 40⋅48 = 1 mod 101
40 ist also das Inverse von 48 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
