Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (157 - 120) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(157 - 120) mod 4 ≡ (157 mod 4 - 120 mod 4) mod 4.
157 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 157
= 160
120 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 120
= 120
Somit gilt:
(157 - 120) mod 4 ≡ (1 - 0) mod 4 ≡ 1 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 31) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23 ⋅ 31) mod 7 ≡ (23 mod 7 ⋅ 31 mod 7) mod 7.
23 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 21 + 2 = 3 ⋅ 7 + 2 ist.
31 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 28 + 3 = 4 ⋅ 7 + 3 ist.
Somit gilt:
(23 ⋅ 31) mod 7 ≡ (2 ⋅ 3) mod 7 ≡ 6 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 354128 mod 599.
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. 354 -> x
2. mod(x²,599) -> 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: 3541=354
2: 3542=3541+1=3541⋅3541 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 125 mod 599
4: 3544=3542+2=3542⋅3542 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 51 mod 599
8: 3548=3544+4=3544⋅3544 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 205 mod 599
16: 35416=3548+8=3548⋅3548 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 95 mod 599
32: 35432=35416+16=35416⋅35416 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 40 mod 599
64: 35464=35432+32=35432⋅35432 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 402 mod 599
128: 354128=35464+64=35464⋅35464 ≡ 402⋅402=161604 ≡ 473 mod 599
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 440171 mod 829.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 171 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 171 an und zerlegen 171 in eine Summer von 2er-Potenzen:
171 = 128+32+8+2+1
1: 4401=440
2: 4402=4401+1=4401⋅4401 ≡ 440⋅440=193600 ≡ 443 mod 829
4: 4404=4402+2=4402⋅4402 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 605 mod 829
8: 4408=4404+4=4404⋅4404 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 436 mod 829
16: 44016=4408+8=4408⋅4408 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 255 mod 829
32: 44032=44016+16=44016⋅44016 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 363 mod 829
64: 44064=44032+32=44032⋅44032 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 787 mod 829
128: 440128=44064+64=44064⋅44064 ≡ 787⋅787=619369 ≡ 106 mod 829
440171
= 440128+32+8+2+1
= 440128⋅44032⋅4408⋅4402⋅4401
≡ 106 ⋅ 363 ⋅ 436 ⋅ 443 ⋅ 440 mod 829
≡ 38478 ⋅ 436 ⋅ 443 ⋅ 440 mod 829 ≡ 344 ⋅ 436 ⋅ 443 ⋅ 440 mod 829
≡ 149984 ⋅ 443 ⋅ 440 mod 829 ≡ 764 ⋅ 443 ⋅ 440 mod 829
≡ 338452 ⋅ 440 mod 829 ≡ 220 ⋅ 440 mod 829
≡ 96800 mod 829 ≡ 636 mod 829
Es gilt also: 440171 ≡ 636 mod 829
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 35.
Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 35
| =>67 | = 1⋅35 + 32 |
| =>35 | = 1⋅32 + 3 |
| =>32 | = 10⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,35)=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= 32-10⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(32 -10⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅32 +10⋅ 3) = -1⋅32 +11⋅ 3 (=1) |
| 3= 35-1⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅32 +11⋅(35 -1⋅ 32)
= -1⋅32 +11⋅35 -11⋅ 32) = 11⋅35 -12⋅ 32 (=1) |
| 32= 67-1⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 11⋅35 -12⋅(67 -1⋅ 35)
= 11⋅35 -12⋅67 +12⋅ 35) = -12⋅67 +23⋅ 35 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,35)=1 = -12⋅67 +23⋅35
oder wenn man -12⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +12⋅67 = +23⋅35
Es gilt also: 23⋅35 = 12⋅67 +1
Somit 23⋅35 = 1 mod 67
23 ist also das Inverse von 35 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
