Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (25000 + 1495) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(25000 + 1495) mod 5 ≡ (25000 mod 5 + 1495 mod 5) mod 5.
25000 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25000
= 25000
1495 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1495
= 1400
Somit gilt:
(25000 + 1495) mod 5 ≡ (0 + 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 85) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(52 ⋅ 85) mod 9 ≡ (52 mod 9 ⋅ 85 mod 9) mod 9.
52 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 45 + 7 = 5 ⋅ 9 + 7 ist.
85 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 81 + 4 = 9 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(52 ⋅ 85) mod 9 ≡ (7 ⋅ 4) mod 9 ≡ 28 mod 9 ≡ 1 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 7164 mod 223.
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. 71 -> x
2. mod(x²,223) -> 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: 711=71
2: 712=711+1=711⋅711 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 135 mod 223
4: 714=712+2=712⋅712 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 162 mod 223
8: 718=714+4=714⋅714 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 153 mod 223
16: 7116=718+8=718⋅718 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 217 mod 223
32: 7132=7116+16=7116⋅7116 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 36 mod 223
64: 7164=7132+32=7132⋅7132 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 181 mod 223
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 430251 mod 641.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 251 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 251 an und zerlegen 251 in eine Summer von 2er-Potenzen:
251 = 128+64+32+16+8+2+1
1: 4301=430
2: 4302=4301+1=4301⋅4301 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 292 mod 641
4: 4304=4302+2=4302⋅4302 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 11 mod 641
8: 4308=4304+4=4304⋅4304 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 641
16: 43016=4308+8=4308⋅4308 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 539 mod 641
32: 43032=43016+16=43016⋅43016 ≡ 539⋅539=290521 ≡ 148 mod 641
64: 43064=43032+32=43032⋅43032 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 110 mod 641
128: 430128=43064+64=43064⋅43064 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 562 mod 641
430251
= 430128+64+32+16+8+2+1
= 430128⋅43064⋅43032⋅43016⋅4308⋅4302⋅4301
≡ 562 ⋅ 110 ⋅ 148 ⋅ 539 ⋅ 121 ⋅ 292 ⋅ 430 mod 641
≡ 61820 ⋅ 148 ⋅ 539 ⋅ 121 ⋅ 292 ⋅ 430 mod 641 ≡ 284 ⋅ 148 ⋅ 539 ⋅ 121 ⋅ 292 ⋅ 430 mod 641
≡ 42032 ⋅ 539 ⋅ 121 ⋅ 292 ⋅ 430 mod 641 ≡ 367 ⋅ 539 ⋅ 121 ⋅ 292 ⋅ 430 mod 641
≡ 197813 ⋅ 121 ⋅ 292 ⋅ 430 mod 641 ≡ 385 ⋅ 121 ⋅ 292 ⋅ 430 mod 641
≡ 46585 ⋅ 292 ⋅ 430 mod 641 ≡ 433 ⋅ 292 ⋅ 430 mod 641
≡ 126436 ⋅ 430 mod 641 ≡ 159 ⋅ 430 mod 641
≡ 68370 mod 641 ≡ 424 mod 641
Es gilt also: 430251 ≡ 424 mod 641
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 22.
Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 22
| =>61 | = 2⋅22 + 17 |
| =>22 | = 1⋅17 + 5 |
| =>17 | = 3⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,22)=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= 17-3⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(17 -3⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅17 +6⋅ 5) = -2⋅17 +7⋅ 5 (=1) |
| 5= 22-1⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅17 +7⋅(22 -1⋅ 17)
= -2⋅17 +7⋅22 -7⋅ 17) = 7⋅22 -9⋅ 17 (=1) |
| 17= 61-2⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅22 -9⋅(61 -2⋅ 22)
= 7⋅22 -9⋅61 +18⋅ 22) = -9⋅61 +25⋅ 22 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,22)=1 = -9⋅61 +25⋅22
oder wenn man -9⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅61 = +25⋅22
Es gilt also: 25⋅22 = 9⋅61 +1
Somit 25⋅22 = 1 mod 61
25 ist also das Inverse von 22 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
