Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (597 - 14998) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(597 - 14998) mod 3 ≡ (597 mod 3 - 14998 mod 3) mod 3.
597 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 597
= 600
14998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14998
= 15000
Somit gilt:
(597 - 14998) mod 3 ≡ (0 - 1) mod 3 ≡ -1 mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (28 ⋅ 43) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(28 ⋅ 43) mod 4 ≡ (28 mod 4 ⋅ 43 mod 4) mod 4.
28 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 28 + 0 = 7 ⋅ 4 + 0 ist.
43 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 40 + 3 = 10 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(28 ⋅ 43) mod 4 ≡ (0 ⋅ 3) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 571128 mod 811.
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. 571 -> x
2. mod(x²,811) -> 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: 5711=571
2: 5712=5711+1=5711⋅5711 ≡ 571⋅571=326041 ≡ 19 mod 811
4: 5714=5712+2=5712⋅5712 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 811
8: 5718=5714+4=5714⋅5714 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 561 mod 811
16: 57116=5718+8=5718⋅5718 ≡ 561⋅561=314721 ≡ 53 mod 811
32: 57132=57116+16=57116⋅57116 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 376 mod 811
64: 57164=57132+32=57132⋅57132 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 262 mod 811
128: 571128=57164+64=57164⋅57164 ≡ 262⋅262=68644 ≡ 520 mod 811
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 264164 mod 571.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 164 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 164 an und zerlegen 164 in eine Summer von 2er-Potenzen:
164 = 128+32+4
1: 2641=264
2: 2642=2641+1=2641⋅2641 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 34 mod 571
4: 2644=2642+2=2642⋅2642 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 14 mod 571
8: 2648=2644+4=2644⋅2644 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 571
16: 26416=2648+8=2648⋅2648 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 159 mod 571
32: 26432=26416+16=26416⋅26416 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 157 mod 571
64: 26464=26432+32=26432⋅26432 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 96 mod 571
128: 264128=26464+64=26464⋅26464 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 80 mod 571
264164
= 264128+32+4
= 264128⋅26432⋅2644
≡ 80 ⋅ 157 ⋅ 14 mod 571
≡ 12560 ⋅ 14 mod 571 ≡ 569 ⋅ 14 mod 571
≡ 7966 mod 571 ≡ 543 mod 571
Es gilt also: 264164 ≡ 543 mod 571
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 67.
Also bestimme x, so dass 67 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 67
| =>97 | = 1⋅67 + 30 |
| =>67 | = 2⋅30 + 7 |
| =>30 | = 4⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,67)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 30-4⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(30 -4⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅30 +12⋅ 7) = -3⋅30 +13⋅ 7 (=1) |
| 7= 67-2⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅30 +13⋅(67 -2⋅ 30)
= -3⋅30 +13⋅67 -26⋅ 30) = 13⋅67 -29⋅ 30 (=1) |
| 30= 97-1⋅67 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅67 -29⋅(97 -1⋅ 67)
= 13⋅67 -29⋅97 +29⋅ 67) = -29⋅97 +42⋅ 67 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,67)=1 = -29⋅97 +42⋅67
oder wenn man -29⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +29⋅97 = +42⋅67
Es gilt also: 42⋅67 = 29⋅97 +1
Somit 42⋅67 = 1 mod 97
42 ist also das Inverse von 67 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
