Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (174 + 24001) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(174 + 24001) mod 6 ≡ (174 mod 6 + 24001 mod 6) mod 6.
174 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 174
= 180
24001 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24001
= 24000
Somit gilt:
(174 + 24001) mod 6 ≡ (0 + 1) mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 81) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(43 ⋅ 81) mod 3 ≡ (43 mod 3 ⋅ 81 mod 3) mod 3.
43 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 42 + 1 = 14 ⋅ 3 + 1 ist.
81 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 81 + 0 = 27 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(43 ⋅ 81) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 56164 mod 919.
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. 561 -> x
2. mod(x²,919) -> 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: 5611=561
2: 5612=5611+1=5611⋅5611 ≡ 561⋅561=314721 ≡ 423 mod 919
4: 5614=5612+2=5612⋅5612 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 643 mod 919
8: 5618=5614+4=5614⋅5614 ≡ 643⋅643=413449 ≡ 818 mod 919
16: 56116=5618+8=5618⋅5618 ≡ 818⋅818=669124 ≡ 92 mod 919
32: 56132=56116+16=56116⋅56116 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 193 mod 919
64: 56164=56132+32=56132⋅56132 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 489 mod 919
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 591225 mod 643.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 225 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 225 an und zerlegen 225 in eine Summer von 2er-Potenzen:
225 = 128+64+32+1
1: 5911=591
2: 5912=5911+1=5911⋅5911 ≡ 591⋅591=349281 ≡ 132 mod 643
4: 5914=5912+2=5912⋅5912 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 63 mod 643
8: 5918=5914+4=5914⋅5914 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 111 mod 643
16: 59116=5918+8=5918⋅5918 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 104 mod 643
32: 59132=59116+16=59116⋅59116 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 528 mod 643
64: 59164=59132+32=59132⋅59132 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 365 mod 643
128: 591128=59164+64=59164⋅59164 ≡ 365⋅365=133225 ≡ 124 mod 643
591225
= 591128+64+32+1
= 591128⋅59164⋅59132⋅5911
≡ 124 ⋅ 365 ⋅ 528 ⋅ 591 mod 643
≡ 45260 ⋅ 528 ⋅ 591 mod 643 ≡ 250 ⋅ 528 ⋅ 591 mod 643
≡ 132000 ⋅ 591 mod 643 ≡ 185 ⋅ 591 mod 643
≡ 109335 mod 643 ≡ 25 mod 643
Es gilt also: 591225 ≡ 25 mod 643
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 31.
Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 31
| =>59 | = 1⋅31 + 28 |
| =>31 | = 1⋅28 + 3 |
| =>28 | = 9⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,31)=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= 28-9⋅3 | |||
| 3= 31-1⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅28 -9⋅(31 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -9⋅31 +9⋅ 28) = -9⋅31 +10⋅ 28 (=1) |
| 28= 59-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -9⋅31 +10⋅(59 -1⋅ 31)
= -9⋅31 +10⋅59 -10⋅ 31) = 10⋅59 -19⋅ 31 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,31)=1 = 10⋅59 -19⋅31
oder wenn man 10⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -10⋅59 = -19⋅31
-19⋅31 = -10⋅59 + 1 |+59⋅31
-19⋅31 + 59⋅31 = -10⋅59 + 59⋅31 + 1
(-19 + 59) ⋅ 31 = (-10 + 31) ⋅ 59 + 1
40⋅31 = 21⋅59 + 1
Es gilt also: 40⋅31 = 21⋅59 +1
Somit 40⋅31 = 1 mod 59
40 ist also das Inverse von 31 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
