Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (9998 + 997) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(9998 + 997) mod 5 ≡ (9998 mod 5 + 997 mod 5) mod 5.
9998 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9998
= 9000
997 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 997
= 900
Somit gilt:
(9998 + 997) mod 5 ≡ (3 + 2) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 24) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(19 ⋅ 24) mod 11 ≡ (19 mod 11 ⋅ 24 mod 11) mod 11.
19 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 11 + 8 = 1 ⋅ 11 + 8 ist.
24 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 22 + 2 = 2 ⋅ 11 + 2 ist.
Somit gilt:
(19 ⋅ 24) mod 11 ≡ (8 ⋅ 2) mod 11 ≡ 16 mod 11 ≡ 5 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 49564 mod 967.
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. 495 -> x
2. mod(x²,967) -> 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: 4951=495
2: 4952=4951+1=4951⋅4951 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 374 mod 967
4: 4954=4952+2=4952⋅4952 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 628 mod 967
8: 4958=4954+4=4954⋅4954 ≡ 628⋅628=394384 ≡ 815 mod 967
16: 49516=4958+8=4958⋅4958 ≡ 815⋅815=664225 ≡ 863 mod 967
32: 49532=49516+16=49516⋅49516 ≡ 863⋅863=744769 ≡ 179 mod 967
64: 49564=49532+32=49532⋅49532 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 130 mod 967
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 729198 mod 821.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 198 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 198 an und zerlegen 198 in eine Summer von 2er-Potenzen:
198 = 128+64+4+2
1: 7291=729
2: 7292=7291+1=7291⋅7291 ≡ 729⋅729=531441 ≡ 254 mod 821
4: 7294=7292+2=7292⋅7292 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 478 mod 821
8: 7298=7294+4=7294⋅7294 ≡ 478⋅478=228484 ≡ 246 mod 821
16: 72916=7298+8=7298⋅7298 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 583 mod 821
32: 72932=72916+16=72916⋅72916 ≡ 583⋅583=339889 ≡ 816 mod 821
64: 72964=72932+32=72932⋅72932 ≡ 816⋅816=665856 ≡ 25 mod 821
128: 729128=72964+64=72964⋅72964 ≡ 25⋅25=625 ≡ 625 mod 821
729198
= 729128+64+4+2
= 729128⋅72964⋅7294⋅7292
≡ 625 ⋅ 25 ⋅ 478 ⋅ 254 mod 821
≡ 15625 ⋅ 478 ⋅ 254 mod 821 ≡ 26 ⋅ 478 ⋅ 254 mod 821
≡ 12428 ⋅ 254 mod 821 ≡ 113 ⋅ 254 mod 821
≡ 28702 mod 821 ≡ 788 mod 821
Es gilt also: 729198 ≡ 788 mod 821
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 52.
Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 52
| =>83 | = 1⋅52 + 31 |
| =>52 | = 1⋅31 + 21 |
| =>31 | = 1⋅21 + 10 |
| =>21 | = 2⋅10 + 1 |
| =>10 | = 10⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,52)=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= 21-2⋅10 | |||
| 10= 31-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -2⋅(31 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -2⋅31 +2⋅ 21) = -2⋅31 +3⋅ 21 (=1) |
| 21= 52-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅31 +3⋅(52 -1⋅ 31)
= -2⋅31 +3⋅52 -3⋅ 31) = 3⋅52 -5⋅ 31 (=1) |
| 31= 83-1⋅52 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅52 -5⋅(83 -1⋅ 52)
= 3⋅52 -5⋅83 +5⋅ 52) = -5⋅83 +8⋅ 52 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,52)=1 = -5⋅83 +8⋅52
oder wenn man -5⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅83 = +8⋅52
Es gilt also: 8⋅52 = 5⋅83 +1
Somit 8⋅52 = 1 mod 83
8 ist also das Inverse von 52 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
