Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1601 + 16004) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1601 + 16004) mod 4 ≡ (1601 mod 4 + 16004 mod 4) mod 4.
1601 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1601
= 1600
16004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16004
= 16000
Somit gilt:
(1601 + 16004) mod 4 ≡ (1 + 0) mod 4 ≡ 1 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (82 ⋅ 21) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(82 ⋅ 21) mod 10 ≡ (82 mod 10 ⋅ 21 mod 10) mod 10.
82 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 80 + 2 = 8 ⋅ 10 + 2 ist.
21 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 20 + 1 = 2 ⋅ 10 + 1 ist.
Somit gilt:
(82 ⋅ 21) mod 10 ≡ (2 ⋅ 1) mod 10 ≡ 2 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 86364 mod 937.
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. 863 -> x
2. mod(x²,937) -> 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: 8631=863
2: 8632=8631+1=8631⋅8631 ≡ 863⋅863=744769 ≡ 791 mod 937
4: 8634=8632+2=8632⋅8632 ≡ 791⋅791=625681 ≡ 702 mod 937
8: 8638=8634+4=8634⋅8634 ≡ 702⋅702=492804 ≡ 879 mod 937
16: 86316=8638+8=8638⋅8638 ≡ 879⋅879=772641 ≡ 553 mod 937
32: 86332=86316+16=86316⋅86316 ≡ 553⋅553=305809 ≡ 347 mod 937
64: 86364=86332+32=86332⋅86332 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 473 mod 937
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 308226 mod 919.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 226 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 226 an und zerlegen 226 in eine Summer von 2er-Potenzen:
226 = 128+64+32+2
1: 3081=308
2: 3082=3081+1=3081⋅3081 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 207 mod 919
4: 3084=3082+2=3082⋅3082 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 575 mod 919
8: 3088=3084+4=3084⋅3084 ≡ 575⋅575=330625 ≡ 704 mod 919
16: 30816=3088+8=3088⋅3088 ≡ 704⋅704=495616 ≡ 275 mod 919
32: 30832=30816+16=30816⋅30816 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 267 mod 919
64: 30864=30832+32=30832⋅30832 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 526 mod 919
128: 308128=30864+64=30864⋅30864 ≡ 526⋅526=276676 ≡ 57 mod 919
308226
= 308128+64+32+2
= 308128⋅30864⋅30832⋅3082
≡ 57 ⋅ 526 ⋅ 267 ⋅ 207 mod 919
≡ 29982 ⋅ 267 ⋅ 207 mod 919 ≡ 574 ⋅ 267 ⋅ 207 mod 919
≡ 153258 ⋅ 207 mod 919 ≡ 704 ⋅ 207 mod 919
≡ 145728 mod 919 ≡ 526 mod 919
Es gilt also: 308226 ≡ 526 mod 919
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 69.
Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 69
| =>101 | = 1⋅69 + 32 |
| =>69 | = 2⋅32 + 5 |
| =>32 | = 6⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,69)=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= 32-6⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(32 -6⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅32 +12⋅ 5) = -2⋅32 +13⋅ 5 (=1) |
| 5= 69-2⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅32 +13⋅(69 -2⋅ 32)
= -2⋅32 +13⋅69 -26⋅ 32) = 13⋅69 -28⋅ 32 (=1) |
| 32= 101-1⋅69 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅69 -28⋅(101 -1⋅ 69)
= 13⋅69 -28⋅101 +28⋅ 69) = -28⋅101 +41⋅ 69 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,69)=1 = -28⋅101 +41⋅69
oder wenn man -28⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +28⋅101 = +41⋅69
Es gilt also: 41⋅69 = 28⋅101 +1
Somit 41⋅69 = 1 mod 101
41 ist also das Inverse von 69 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
