Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (21004 + 20994) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(21004 + 20994) mod 7 ≡ (21004 mod 7 + 20994 mod 7) mod 7.
21004 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21004
= 21000
20994 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20994
= 21000
Somit gilt:
(21004 + 20994) mod 7 ≡ (4 + 1) mod 7 ≡ 5 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 42) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15 ⋅ 42) mod 5 ≡ (15 mod 5 ⋅ 42 mod 5) mod 5.
15 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 15 + 0 = 3 ⋅ 5 + 0 ist.
42 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 40 + 2 = 8 ⋅ 5 + 2 ist.
Somit gilt:
(15 ⋅ 42) mod 5 ≡ (0 ⋅ 2) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 48264 mod 907.
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. 482 -> x
2. mod(x²,907) -> 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: 4821=482
2: 4822=4821+1=4821⋅4821 ≡ 482⋅482=232324 ≡ 132 mod 907
4: 4824=4822+2=4822⋅4822 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 191 mod 907
8: 4828=4824+4=4824⋅4824 ≡ 191⋅191=36481 ≡ 201 mod 907
16: 48216=4828+8=4828⋅4828 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 493 mod 907
32: 48232=48216+16=48216⋅48216 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 880 mod 907
64: 48264=48232+32=48232⋅48232 ≡ 880⋅880=774400 ≡ 729 mod 907
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 426157 mod 829.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 157 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 157 an und zerlegen 157 in eine Summer von 2er-Potenzen:
157 = 128+16+8+4+1
1: 4261=426
2: 4262=4261+1=4261⋅4261 ≡ 426⋅426=181476 ≡ 754 mod 829
4: 4264=4262+2=4262⋅4262 ≡ 754⋅754=568516 ≡ 651 mod 829
8: 4268=4264+4=4264⋅4264 ≡ 651⋅651=423801 ≡ 182 mod 829
16: 42616=4268+8=4268⋅4268 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 793 mod 829
32: 42632=42616+16=42616⋅42616 ≡ 793⋅793=628849 ≡ 467 mod 829
64: 42664=42632+32=42632⋅42632 ≡ 467⋅467=218089 ≡ 62 mod 829
128: 426128=42664+64=42664⋅42664 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 528 mod 829
426157
= 426128+16+8+4+1
= 426128⋅42616⋅4268⋅4264⋅4261
≡ 528 ⋅ 793 ⋅ 182 ⋅ 651 ⋅ 426 mod 829
≡ 418704 ⋅ 182 ⋅ 651 ⋅ 426 mod 829 ≡ 59 ⋅ 182 ⋅ 651 ⋅ 426 mod 829
≡ 10738 ⋅ 651 ⋅ 426 mod 829 ≡ 790 ⋅ 651 ⋅ 426 mod 829
≡ 514290 ⋅ 426 mod 829 ≡ 310 ⋅ 426 mod 829
≡ 132060 mod 829 ≡ 249 mod 829
Es gilt also: 426157 ≡ 249 mod 829
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 70.
Also bestimme x, so dass 70 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 70
| =>79 | = 1⋅70 + 9 |
| =>70 | = 7⋅9 + 7 |
| =>9 | = 1⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,70)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 9-1⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(9 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅9 +3⋅ 7) = -3⋅9 +4⋅ 7 (=1) |
| 7= 70-7⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅9 +4⋅(70 -7⋅ 9)
= -3⋅9 +4⋅70 -28⋅ 9) = 4⋅70 -31⋅ 9 (=1) |
| 9= 79-1⋅70 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅70 -31⋅(79 -1⋅ 70)
= 4⋅70 -31⋅79 +31⋅ 70) = -31⋅79 +35⋅ 70 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,70)=1 = -31⋅79 +35⋅70
oder wenn man -31⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +31⋅79 = +35⋅70
Es gilt also: 35⋅70 = 31⋅79 +1
Somit 35⋅70 = 1 mod 79
35 ist also das Inverse von 70 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
