Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (343 + 1404) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(343 + 1404) mod 7 ≡ (343 mod 7 + 1404 mod 7) mod 7.
343 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 343
= 350
1404 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1404
= 1400
Somit gilt:
(343 + 1404) mod 7 ≡ (0 + 4) mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (24 ⋅ 73) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(24 ⋅ 73) mod 10 ≡ (24 mod 10 ⋅ 73 mod 10) mod 10.
24 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 20 + 4 = 2 ⋅ 10 + 4 ist.
73 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 70 + 3 = 7 ⋅ 10 + 3 ist.
Somit gilt:
(24 ⋅ 73) mod 10 ≡ (4 ⋅ 3) mod 10 ≡ 12 mod 10 ≡ 2 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 14564 mod 317.
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. 145 -> x
2. mod(x²,317) -> 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: 1451=145
2: 1452=1451+1=1451⋅1451 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 103 mod 317
4: 1454=1452+2=1452⋅1452 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 148 mod 317
8: 1458=1454+4=1454⋅1454 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 31 mod 317
16: 14516=1458+8=1458⋅1458 ≡ 31⋅31=961 ≡ 10 mod 317
32: 14532=14516+16=14516⋅14516 ≡ 10⋅10=100 ≡ 100 mod 317
64: 14564=14532+32=14532⋅14532 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 173 mod 317
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 160248 mod 353.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:
248 = 128+64+32+16+8
1: 1601=160
2: 1602=1601+1=1601⋅1601 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 184 mod 353
4: 1604=1602+2=1602⋅1602 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 321 mod 353
8: 1608=1604+4=1604⋅1604 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 318 mod 353
16: 16016=1608+8=1608⋅1608 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 166 mod 353
32: 16032=16016+16=16016⋅16016 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 22 mod 353
64: 16064=16032+32=16032⋅16032 ≡ 22⋅22=484 ≡ 131 mod 353
128: 160128=16064+64=16064⋅16064 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 217 mod 353
160248
= 160128+64+32+16+8
= 160128⋅16064⋅16032⋅16016⋅1608
≡ 217 ⋅ 131 ⋅ 22 ⋅ 166 ⋅ 318 mod 353
≡ 28427 ⋅ 22 ⋅ 166 ⋅ 318 mod 353 ≡ 187 ⋅ 22 ⋅ 166 ⋅ 318 mod 353
≡ 4114 ⋅ 166 ⋅ 318 mod 353 ≡ 231 ⋅ 166 ⋅ 318 mod 353
≡ 38346 ⋅ 318 mod 353 ≡ 222 ⋅ 318 mod 353
≡ 70596 mod 353 ≡ 349 mod 353
Es gilt also: 160248 ≡ 349 mod 353
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 47
| =>71 | = 1⋅47 + 24 |
| =>47 | = 1⋅24 + 23 |
| =>24 | = 1⋅23 + 1 |
| =>23 | = 23⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,47)=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= 24-1⋅23 | |||
| 23= 47-1⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅24 -1⋅(47 -1⋅ 24)
= 1⋅24 -1⋅47 +1⋅ 24) = -1⋅47 +2⋅ 24 (=1) |
| 24= 71-1⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅47 +2⋅(71 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +2⋅71 -2⋅ 47) = 2⋅71 -3⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,47)=1 = 2⋅71 -3⋅47
oder wenn man 2⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅71 = -3⋅47
-3⋅47 = -2⋅71 + 1 |+71⋅47
-3⋅47 + 71⋅47 = -2⋅71 + 71⋅47 + 1
(-3 + 71) ⋅ 47 = (-2 + 47) ⋅ 71 + 1
68⋅47 = 45⋅71 + 1
Es gilt also: 68⋅47 = 45⋅71 +1
Somit 68⋅47 = 1 mod 71
68 ist also das Inverse von 47 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
