Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (23995 - 314) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23995 - 314) mod 8 ≡ (23995 mod 8 - 314 mod 8) mod 8.
23995 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23995
= 23000
314 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 314
= 320
Somit gilt:
(23995 - 314) mod 8 ≡ (3 - 2) mod 8 ≡ 1 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (50 ⋅ 91) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(50 ⋅ 91) mod 5 ≡ (50 mod 5 ⋅ 91 mod 5) mod 5.
50 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 50 + 0 = 10 ⋅ 5 + 0 ist.
91 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 18 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(50 ⋅ 91) mod 5 ≡ (0 ⋅ 1) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 10132 mod 271.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 101 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 1011=101
2: 1012=1011+1=1011⋅1011 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 174 mod 271
4: 1014=1012+2=1012⋅1012 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 195 mod 271
8: 1018=1014+4=1014⋅1014 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 85 mod 271
16: 10116=1018+8=1018⋅1018 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 179 mod 271
32: 10132=10116+16=10116⋅10116 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 63 mod 271
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 675236 mod 701.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 236 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 236 an und zerlegen 236 in eine Summer von 2er-Potenzen:
236 = 128+64+32+8+4
1: 6751=675
2: 6752=6751+1=6751⋅6751 ≡ 675⋅675=455625 ≡ 676 mod 701
4: 6754=6752+2=6752⋅6752 ≡ 676⋅676=456976 ≡ 625 mod 701
8: 6758=6754+4=6754⋅6754 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 168 mod 701
16: 67516=6758+8=6758⋅6758 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 184 mod 701
32: 67532=67516+16=67516⋅67516 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 208 mod 701
64: 67564=67532+32=67532⋅67532 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 503 mod 701
128: 675128=67564+64=67564⋅67564 ≡ 503⋅503=253009 ≡ 649 mod 701
675236
= 675128+64+32+8+4
= 675128⋅67564⋅67532⋅6758⋅6754
≡ 649 ⋅ 503 ⋅ 208 ⋅ 168 ⋅ 625 mod 701
≡ 326447 ⋅ 208 ⋅ 168 ⋅ 625 mod 701 ≡ 482 ⋅ 208 ⋅ 168 ⋅ 625 mod 701
≡ 100256 ⋅ 168 ⋅ 625 mod 701 ≡ 13 ⋅ 168 ⋅ 625 mod 701
≡ 2184 ⋅ 625 mod 701 ≡ 81 ⋅ 625 mod 701
≡ 50625 mod 701 ≡ 153 mod 701
Es gilt also: 675236 ≡ 153 mod 701
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 41.
Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 41
| =>53 | = 1⋅41 + 12 |
| =>41 | = 3⋅12 + 5 |
| =>12 | = 2⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,41)=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= 12-2⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5) = -2⋅12 +5⋅ 5 (=1) |
| 5= 41-3⋅12 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅12 +5⋅(41 -3⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅41 -15⋅ 12) = 5⋅41 -17⋅ 12 (=1) |
| 12= 53-1⋅41 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅41 -17⋅(53 -1⋅ 41)
= 5⋅41 -17⋅53 +17⋅ 41) = -17⋅53 +22⋅ 41 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,41)=1 = -17⋅53 +22⋅41
oder wenn man -17⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +17⋅53 = +22⋅41
Es gilt also: 22⋅41 = 17⋅53 +1
Somit 22⋅41 = 1 mod 53
22 ist also das Inverse von 41 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
