Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (200 - 19996) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(200 - 19996) mod 4 ≡ (200 mod 4 - 19996 mod 4) mod 4.
200 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 200
= 200
19996 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19996
= 19000
Somit gilt:
(200 - 19996) mod 4 ≡ (0 - 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (25 ⋅ 63) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(25 ⋅ 63) mod 10 ≡ (25 mod 10 ⋅ 63 mod 10) mod 10.
25 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 20 + 5 = 2 ⋅ 10 + 5 ist.
63 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 6 ⋅ 10 + 3 ist.
Somit gilt:
(25 ⋅ 63) mod 10 ≡ (5 ⋅ 3) mod 10 ≡ 15 mod 10 ≡ 5 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 149128 mod 313.
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. 149 -> x
2. mod(x²,313) -> 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: 1491=149
2: 1492=1491+1=1491⋅1491 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 291 mod 313
4: 1494=1492+2=1492⋅1492 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 171 mod 313
8: 1498=1494+4=1494⋅1494 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 132 mod 313
16: 14916=1498+8=1498⋅1498 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 209 mod 313
32: 14932=14916+16=14916⋅14916 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 174 mod 313
64: 14964=14932+32=14932⋅14932 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 228 mod 313
128: 149128=14964+64=14964⋅14964 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 26 mod 313
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 330112 mod 653.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 112 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 112 an und zerlegen 112 in eine Summer von 2er-Potenzen:
112 = 64+32+16
1: 3301=330
2: 3302=3301+1=3301⋅3301 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 502 mod 653
4: 3304=3302+2=3302⋅3302 ≡ 502⋅502=252004 ≡ 599 mod 653
8: 3308=3304+4=3304⋅3304 ≡ 599⋅599=358801 ≡ 304 mod 653
16: 33016=3308+8=3308⋅3308 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 343 mod 653
32: 33032=33016+16=33016⋅33016 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 109 mod 653
64: 33064=33032+32=33032⋅33032 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 127 mod 653
330112
= 33064+32+16
= 33064⋅33032⋅33016
≡ 127 ⋅ 109 ⋅ 343 mod 653
≡ 13843 ⋅ 343 mod 653 ≡ 130 ⋅ 343 mod 653
≡ 44590 mod 653 ≡ 186 mod 653
Es gilt also: 330112 ≡ 186 mod 653
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 59
| =>101 | = 1⋅59 + 42 |
| =>59 | = 1⋅42 + 17 |
| =>42 | = 2⋅17 + 8 |
| =>17 | = 2⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,59)=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= 42-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -2⋅(42 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅42 +4⋅ 17) = -2⋅42 +5⋅ 17 (=1) |
| 17= 59-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅42 +5⋅(59 -1⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅59 -5⋅ 42) = 5⋅59 -7⋅ 42 (=1) |
| 42= 101-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅59 -7⋅(101 -1⋅ 59)
= 5⋅59 -7⋅101 +7⋅ 59) = -7⋅101 +12⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,59)=1 = -7⋅101 +12⋅59
oder wenn man -7⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +7⋅101 = +12⋅59
Es gilt also: 12⋅59 = 7⋅101 +1
Somit 12⋅59 = 1 mod 101
12 ist also das Inverse von 59 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
