Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (34999 + 35005) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(34999 + 35005) mod 7 ≡ (34999 mod 7 + 35005 mod 7) mod 7.
34999 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34999
= 35000
35005 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35005
= 35000
Somit gilt:
(34999 + 35005) mod 7 ≡ (6 + 5) mod 7 ≡ 11 mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 96) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(53 ⋅ 96) mod 5 ≡ (53 mod 5 ⋅ 96 mod 5) mod 5.
53 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 50 + 3 = 10 ⋅ 5 + 3 ist.
96 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 95 + 1 = 19 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(53 ⋅ 96) mod 5 ≡ (3 ⋅ 1) mod 5 ≡ 3 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 65964 mod 881.
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. 659 -> x
2. mod(x²,881) -> 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: 6591=659
2: 6592=6591+1=6591⋅6591 ≡ 659⋅659=434281 ≡ 829 mod 881
4: 6594=6592+2=6592⋅6592 ≡ 829⋅829=687241 ≡ 61 mod 881
8: 6598=6594+4=6594⋅6594 ≡ 61⋅61=3721 ≡ 197 mod 881
16: 65916=6598+8=6598⋅6598 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 45 mod 881
32: 65932=65916+16=65916⋅65916 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 263 mod 881
64: 65964=65932+32=65932⋅65932 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 451 mod 881
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 214125 mod 523.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 125 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 125 an und zerlegen 125 in eine Summer von 2er-Potenzen:
125 = 64+32+16+8+4+1
1: 2141=214
2: 2142=2141+1=2141⋅2141 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 295 mod 523
4: 2144=2142+2=2142⋅2142 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 207 mod 523
8: 2148=2144+4=2144⋅2144 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 486 mod 523
16: 21416=2148+8=2148⋅2148 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 323 mod 523
32: 21432=21416+16=21416⋅21416 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 252 mod 523
64: 21464=21432+32=21432⋅21432 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 221 mod 523
214125
= 21464+32+16+8+4+1
= 21464⋅21432⋅21416⋅2148⋅2144⋅2141
≡ 221 ⋅ 252 ⋅ 323 ⋅ 486 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523
≡ 55692 ⋅ 323 ⋅ 486 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523 ≡ 254 ⋅ 323 ⋅ 486 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523
≡ 82042 ⋅ 486 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523 ≡ 454 ⋅ 486 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523
≡ 220644 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523 ≡ 461 ⋅ 207 ⋅ 214 mod 523
≡ 95427 ⋅ 214 mod 523 ≡ 241 ⋅ 214 mod 523
≡ 51574 mod 523 ≡ 320 mod 523
Es gilt also: 214125 ≡ 320 mod 523
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 47
=>73 | = 1⋅47 + 26 |
=>47 | = 1⋅26 + 21 |
=>26 | = 1⋅21 + 5 |
=>21 | = 4⋅5 + 1 |
=>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,47)=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= 21-4⋅5 | |||
5= 26-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -4⋅(26 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -4⋅26 +4⋅ 21) = -4⋅26 +5⋅ 21 (=1) |
21= 47-1⋅26 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅26 +5⋅(47 -1⋅ 26)
= -4⋅26 +5⋅47 -5⋅ 26) = 5⋅47 -9⋅ 26 (=1) |
26= 73-1⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅47 -9⋅(73 -1⋅ 47)
= 5⋅47 -9⋅73 +9⋅ 47) = -9⋅73 +14⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,47)=1 = -9⋅73 +14⋅47
oder wenn man -9⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅73 = +14⋅47
Es gilt also: 14⋅47 = 9⋅73 +1
Somit 14⋅47 = 1 mod 73
14 ist also das Inverse von 47 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.