Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (152 + 2405) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(152 + 2405) mod 8 ≡ (152 mod 8 + 2405 mod 8) mod 8.
152 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 152
= 160
2405 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2405
= 2400
Somit gilt:
(152 + 2405) mod 8 ≡ (0 + 5) mod 8 ≡ 5 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (16 ⋅ 73) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(16 ⋅ 73) mod 8 ≡ (16 mod 8 ⋅ 73 mod 8) mod 8.
16 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 16 + 0 = 2 ⋅ 8 + 0 ist.
73 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 9 ⋅ 8 + 1 ist.
Somit gilt:
(16 ⋅ 73) mod 8 ≡ (0 ⋅ 1) mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 4908 mod 523.
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. 490 -> x
2. mod(x²,523) -> 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: 4901=490
2: 4902=4901+1=4901⋅4901 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 43 mod 523
4: 4904=4902+2=4902⋅4902 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 280 mod 523
8: 4908=4904+4=4904⋅4904 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 473 mod 523
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 322251 mod 521.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 251 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 251 an und zerlegen 251 in eine Summer von 2er-Potenzen:
251 = 128+64+32+16+8+2+1
1: 3221=322
2: 3222=3221+1=3221⋅3221 ≡ 322⋅322=103684 ≡ 5 mod 521
4: 3224=3222+2=3222⋅3222 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 521
8: 3228=3224+4=3224⋅3224 ≡ 25⋅25=625 ≡ 104 mod 521
16: 32216=3228+8=3228⋅3228 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 396 mod 521
32: 32232=32216+16=32216⋅32216 ≡ 396⋅396=156816 ≡ 516 mod 521
64: 32264=32232+32=32232⋅32232 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 25 mod 521
128: 322128=32264+64=32264⋅32264 ≡ 25⋅25=625 ≡ 104 mod 521
322251
= 322128+64+32+16+8+2+1
= 322128⋅32264⋅32232⋅32216⋅3228⋅3222⋅3221
≡ 104 ⋅ 25 ⋅ 516 ⋅ 396 ⋅ 104 ⋅ 5 ⋅ 322 mod 521
≡ 2600 ⋅ 516 ⋅ 396 ⋅ 104 ⋅ 5 ⋅ 322 mod 521 ≡ 516 ⋅ 516 ⋅ 396 ⋅ 104 ⋅ 5 ⋅ 322 mod 521
≡ 266256 ⋅ 396 ⋅ 104 ⋅ 5 ⋅ 322 mod 521 ≡ 25 ⋅ 396 ⋅ 104 ⋅ 5 ⋅ 322 mod 521
≡ 9900 ⋅ 104 ⋅ 5 ⋅ 322 mod 521 ≡ 1 ⋅ 104 ⋅ 5 ⋅ 322 mod 521
≡ 104 ⋅ 5 ⋅ 322 mod 521
≡ 520 ⋅ 322 mod 521
≡ 167440 mod 521 ≡ 199 mod 521
Es gilt also: 322251 ≡ 199 mod 521
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 24.
Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 24
| =>67 | = 2⋅24 + 19 |
| =>24 | = 1⋅19 + 5 |
| =>19 | = 3⋅5 + 4 |
| =>5 | = 1⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,24)=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= 5-1⋅4 | |||
| 4= 19-3⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -1⋅(19 -3⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅19 +3⋅ 5) = -1⋅19 +4⋅ 5 (=1) |
| 5= 24-1⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅19 +4⋅(24 -1⋅ 19)
= -1⋅19 +4⋅24 -4⋅ 19) = 4⋅24 -5⋅ 19 (=1) |
| 19= 67-2⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅24 -5⋅(67 -2⋅ 24)
= 4⋅24 -5⋅67 +10⋅ 24) = -5⋅67 +14⋅ 24 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,24)=1 = -5⋅67 +14⋅24
oder wenn man -5⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅67 = +14⋅24
Es gilt also: 14⋅24 = 5⋅67 +1
Somit 14⋅24 = 1 mod 67
14 ist also das Inverse von 24 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
