Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1194 + 596) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1194 + 596) mod 6 ≡ (1194 mod 6 + 596 mod 6) mod 6.
1194 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1194
= 1200
596 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 596
= 600
Somit gilt:
(1194 + 596) mod 6 ≡ (0 + 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (100 ⋅ 22) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(100 ⋅ 22) mod 8 ≡ (100 mod 8 ⋅ 22 mod 8) mod 8.
100 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 96 + 4 = 12 ⋅ 8 + 4 ist.
22 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 16 + 6 = 2 ⋅ 8 + 6 ist.
Somit gilt:
(100 ⋅ 22) mod 8 ≡ (4 ⋅ 6) mod 8 ≡ 24 mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 343128 mod 349.
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. 343 -> x
2. mod(x²,349) -> 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: 3431=343
2: 3432=3431+1=3431⋅3431 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 36 mod 349
4: 3434=3432+2=3432⋅3432 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 249 mod 349
8: 3438=3434+4=3434⋅3434 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 228 mod 349
16: 34316=3438+8=3438⋅3438 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 332 mod 349
32: 34332=34316+16=34316⋅34316 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 289 mod 349
64: 34364=34332+32=34332⋅34332 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 110 mod 349
128: 343128=34364+64=34364⋅34364 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 234 mod 349
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 77398 mod 929.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 98 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 98 an und zerlegen 98 in eine Summer von 2er-Potenzen:
98 = 64+32+2
1: 7731=773
2: 7732=7731+1=7731⋅7731 ≡ 773⋅773=597529 ≡ 182 mod 929
4: 7734=7732+2=7732⋅7732 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 609 mod 929
8: 7738=7734+4=7734⋅7734 ≡ 609⋅609=370881 ≡ 210 mod 929
16: 77316=7738+8=7738⋅7738 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 437 mod 929
32: 77332=77316+16=77316⋅77316 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 524 mod 929
64: 77364=77332+32=77332⋅77332 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 521 mod 929
77398
= 77364+32+2
= 77364⋅77332⋅7732
≡ 521 ⋅ 524 ⋅ 182 mod 929
≡ 273004 ⋅ 182 mod 929 ≡ 807 ⋅ 182 mod 929
≡ 146874 mod 929 ≡ 92 mod 929
Es gilt also: 77398 ≡ 92 mod 929
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 85.
Also bestimme x, so dass 85 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 85
| =>101 | = 1⋅85 + 16 |
| =>85 | = 5⋅16 + 5 |
| =>16 | = 3⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,85)=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= 16-3⋅5 | |||
| 5= 85-5⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅16 -3⋅(85 -5⋅ 16)
= 1⋅16 -3⋅85 +15⋅ 16) = -3⋅85 +16⋅ 16 (=1) |
| 16= 101-1⋅85 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅85 +16⋅(101 -1⋅ 85)
= -3⋅85 +16⋅101 -16⋅ 85) = 16⋅101 -19⋅ 85 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,85)=1 = 16⋅101 -19⋅85
oder wenn man 16⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -16⋅101 = -19⋅85
-19⋅85 = -16⋅101 + 1 |+101⋅85
-19⋅85 + 101⋅85 = -16⋅101 + 101⋅85 + 1
(-19 + 101) ⋅ 85 = (-16 + 85) ⋅ 101 + 1
82⋅85 = 69⋅101 + 1
Es gilt also: 82⋅85 = 69⋅101 +1
Somit 82⋅85 = 1 mod 101
82 ist also das Inverse von 85 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
