Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (11998 + 8004) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(11998 + 8004) mod 4 ≡ (11998 mod 4 + 8004 mod 4) mod 4.
11998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11998
= 11000
8004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8004
= 8000
Somit gilt:
(11998 + 8004) mod 4 ≡ (2 + 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 44) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(19 ⋅ 44) mod 3 ≡ (19 mod 3 ⋅ 44 mod 3) mod 3.
19 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 18 + 1 = 6 ⋅ 3 + 1 ist.
44 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 42 + 2 = 14 ⋅ 3 + 2 ist.
Somit gilt:
(19 ⋅ 44) mod 3 ≡ (1 ⋅ 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 858128 mod 929.
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. 858 -> x
2. mod(x²,929) -> 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: 8581=858
2: 8582=8581+1=8581⋅8581 ≡ 858⋅858=736164 ≡ 396 mod 929
4: 8584=8582+2=8582⋅8582 ≡ 396⋅396=156816 ≡ 744 mod 929
8: 8588=8584+4=8584⋅8584 ≡ 744⋅744=553536 ≡ 781 mod 929
16: 85816=8588+8=8588⋅8588 ≡ 781⋅781=609961 ≡ 537 mod 929
32: 85832=85816+16=85816⋅85816 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 379 mod 929
64: 85864=85832+32=85832⋅85832 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 575 mod 929
128: 858128=85864+64=85864⋅85864 ≡ 575⋅575=330625 ≡ 830 mod 929
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 452188 mod 461.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 188 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 188 an und zerlegen 188 in eine Summer von 2er-Potenzen:
188 = 128+32+16+8+4
1: 4521=452
2: 4522=4521+1=4521⋅4521 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 81 mod 461
4: 4524=4522+2=4522⋅4522 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 107 mod 461
8: 4528=4524+4=4524⋅4524 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 385 mod 461
16: 45216=4528+8=4528⋅4528 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 244 mod 461
32: 45232=45216+16=45216⋅45216 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 67 mod 461
64: 45264=45232+32=45232⋅45232 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 340 mod 461
128: 452128=45264+64=45264⋅45264 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 350 mod 461
452188
= 452128+32+16+8+4
= 452128⋅45232⋅45216⋅4528⋅4524
≡ 350 ⋅ 67 ⋅ 244 ⋅ 385 ⋅ 107 mod 461
≡ 23450 ⋅ 244 ⋅ 385 ⋅ 107 mod 461 ≡ 400 ⋅ 244 ⋅ 385 ⋅ 107 mod 461
≡ 97600 ⋅ 385 ⋅ 107 mod 461 ≡ 329 ⋅ 385 ⋅ 107 mod 461
≡ 126665 ⋅ 107 mod 461 ≡ 351 ⋅ 107 mod 461
≡ 37557 mod 461 ≡ 216 mod 461
Es gilt also: 452188 ≡ 216 mod 461
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 42
| =>67 | = 1⋅42 + 25 |
| =>42 | = 1⋅25 + 17 |
| =>25 | = 1⋅17 + 8 |
| =>17 | = 2⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,42)=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= 17-2⋅8 | |||
| 8= 25-1⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -2⋅(25 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅25 +2⋅ 17) = -2⋅25 +3⋅ 17 (=1) |
| 17= 42-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅25 +3⋅(42 -1⋅ 25)
= -2⋅25 +3⋅42 -3⋅ 25) = 3⋅42 -5⋅ 25 (=1) |
| 25= 67-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅42 -5⋅(67 -1⋅ 42)
= 3⋅42 -5⋅67 +5⋅ 42) = -5⋅67 +8⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,42)=1 = -5⋅67 +8⋅42
oder wenn man -5⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅67 = +8⋅42
Es gilt also: 8⋅42 = 5⋅67 +1
Somit 8⋅42 = 1 mod 67
8 ist also das Inverse von 42 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
