Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (5997 - 11999) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(5997 - 11999) mod 3 ≡ (5997 mod 3 - 11999 mod 3) mod 3.
5997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5997
= 6000
11999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11999
= 12000
Somit gilt:
(5997 - 11999) mod 3 ≡ (0 - 2) mod 3 ≡ -2 mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 56) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20 ⋅ 56) mod 4 ≡ (20 mod 4 ⋅ 56 mod 4) mod 4.
20 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 20 + 0 = 5 ⋅ 4 + 0 ist.
56 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 56 + 0 = 14 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(20 ⋅ 56) mod 4 ≡ (0 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 43516 mod 733.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 435 -> x
2. mod(x²,733) -> 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: 4351=435
2: 4352=4351+1=4351⋅4351 ≡ 435⋅435=189225 ≡ 111 mod 733
4: 4354=4352+2=4352⋅4352 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 593 mod 733
8: 4358=4354+4=4354⋅4354 ≡ 593⋅593=351649 ≡ 542 mod 733
16: 43516=4358+8=4358⋅4358 ≡ 542⋅542=293764 ≡ 564 mod 733
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 254247 mod 487.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 247 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 247 an und zerlegen 247 in eine Summer von 2er-Potenzen:
247 = 128+64+32+16+4+2+1
1: 2541=254
2: 2542=2541+1=2541⋅2541 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 232 mod 487
4: 2544=2542+2=2542⋅2542 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 254 mod 487
8: 2548=2544+4=2544⋅2544 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 232 mod 487
16: 25416=2548+8=2548⋅2548 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 254 mod 487
32: 25432=25416+16=25416⋅25416 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 232 mod 487
64: 25464=25432+32=25432⋅25432 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 254 mod 487
128: 254128=25464+64=25464⋅25464 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 232 mod 487
254247
= 254128+64+32+16+4+2+1
= 254128⋅25464⋅25432⋅25416⋅2544⋅2542⋅2541
≡ 232 ⋅ 254 ⋅ 232 ⋅ 254 ⋅ 254 ⋅ 232 ⋅ 254 mod 487
≡ 58928 ⋅ 232 ⋅ 254 ⋅ 254 ⋅ 232 ⋅ 254 mod 487 ≡ 1 ⋅ 232 ⋅ 254 ⋅ 254 ⋅ 232 ⋅ 254 mod 487
≡ 232 ⋅ 254 ⋅ 254 ⋅ 232 ⋅ 254 mod 487
≡ 58928 ⋅ 254 ⋅ 232 ⋅ 254 mod 487 ≡ 1 ⋅ 254 ⋅ 232 ⋅ 254 mod 487
≡ 254 ⋅ 232 ⋅ 254 mod 487
≡ 58928 ⋅ 254 mod 487 ≡ 1 ⋅ 254 mod 487
≡ 254 mod 487
Es gilt also: 254247 ≡ 254 mod 487
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 47
| =>101 | = 2⋅47 + 7 |
| =>47 | = 6⋅7 + 5 |
| =>7 | = 1⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,47)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 7-1⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(7 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅7 +2⋅ 5) = -2⋅7 +3⋅ 5 (=1) |
| 5= 47-6⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅7 +3⋅(47 -6⋅ 7)
= -2⋅7 +3⋅47 -18⋅ 7) = 3⋅47 -20⋅ 7 (=1) |
| 7= 101-2⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅47 -20⋅(101 -2⋅ 47)
= 3⋅47 -20⋅101 +40⋅ 47) = -20⋅101 +43⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,47)=1 = -20⋅101 +43⋅47
oder wenn man -20⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +20⋅101 = +43⋅47
Es gilt also: 43⋅47 = 20⋅101 +1
Somit 43⋅47 = 1 mod 101
43 ist also das Inverse von 47 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
