Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2003 - 1599) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2003 - 1599) mod 4 ≡ (2003 mod 4 - 1599 mod 4) mod 4.
2003 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2003
= 2000
1599 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1599
= 1500
Somit gilt:
(2003 - 1599) mod 4 ≡ (3 - 3) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (37 ⋅ 49) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(37 ⋅ 49) mod 9 ≡ (37 mod 9 ⋅ 49 mod 9) mod 9.
37 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 4 ⋅ 9 + 1 ist.
49 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 45 + 4 = 5 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(37 ⋅ 49) mod 9 ≡ (1 ⋅ 4) mod 9 ≡ 4 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 3788 mod 661.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 378 -> x
2. mod(x²,661) -> 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: 3781=378
2: 3782=3781+1=3781⋅3781 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 108 mod 661
4: 3784=3782+2=3782⋅3782 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 427 mod 661
8: 3788=3784+4=3784⋅3784 ≡ 427⋅427=182329 ≡ 554 mod 661
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 151247 mod 379.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 247 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 247 an und zerlegen 247 in eine Summer von 2er-Potenzen:
247 = 128+64+32+16+4+2+1
1: 1511=151
2: 1512=1511+1=1511⋅1511 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 61 mod 379
4: 1514=1512+2=1512⋅1512 ≡ 61⋅61=3721 ≡ 310 mod 379
8: 1518=1514+4=1514⋅1514 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 213 mod 379
16: 15116=1518+8=1518⋅1518 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 268 mod 379
32: 15132=15116+16=15116⋅15116 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 193 mod 379
64: 15164=15132+32=15132⋅15132 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 107 mod 379
128: 151128=15164+64=15164⋅15164 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 79 mod 379
151247
= 151128+64+32+16+4+2+1
= 151128⋅15164⋅15132⋅15116⋅1514⋅1512⋅1511
≡ 79 ⋅ 107 ⋅ 193 ⋅ 268 ⋅ 310 ⋅ 61 ⋅ 151 mod 379
≡ 8453 ⋅ 193 ⋅ 268 ⋅ 310 ⋅ 61 ⋅ 151 mod 379 ≡ 115 ⋅ 193 ⋅ 268 ⋅ 310 ⋅ 61 ⋅ 151 mod 379
≡ 22195 ⋅ 268 ⋅ 310 ⋅ 61 ⋅ 151 mod 379 ≡ 213 ⋅ 268 ⋅ 310 ⋅ 61 ⋅ 151 mod 379
≡ 57084 ⋅ 310 ⋅ 61 ⋅ 151 mod 379 ≡ 234 ⋅ 310 ⋅ 61 ⋅ 151 mod 379
≡ 72540 ⋅ 61 ⋅ 151 mod 379 ≡ 151 ⋅ 61 ⋅ 151 mod 379
≡ 9211 ⋅ 151 mod 379 ≡ 115 ⋅ 151 mod 379
≡ 17365 mod 379 ≡ 310 mod 379
Es gilt also: 151247 ≡ 310 mod 379
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 48.
Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 48
| =>71 | = 1⋅48 + 23 |
| =>48 | = 2⋅23 + 2 |
| =>23 | = 11⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,48)=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= 23-11⋅2 | |||
| 2= 48-2⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅23 -11⋅(48 -2⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅48 +22⋅ 23) = -11⋅48 +23⋅ 23 (=1) |
| 23= 71-1⋅48 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -11⋅48 +23⋅(71 -1⋅ 48)
= -11⋅48 +23⋅71 -23⋅ 48) = 23⋅71 -34⋅ 48 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,48)=1 = 23⋅71 -34⋅48
oder wenn man 23⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -23⋅71 = -34⋅48
-34⋅48 = -23⋅71 + 1 |+71⋅48
-34⋅48 + 71⋅48 = -23⋅71 + 71⋅48 + 1
(-34 + 71) ⋅ 48 = (-23 + 48) ⋅ 71 + 1
37⋅48 = 25⋅71 + 1
Es gilt also: 37⋅48 = 25⋅71 +1
Somit 37⋅48 = 1 mod 71
37 ist also das Inverse von 48 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
