Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (6000 - 2996) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(6000 - 2996) mod 6 ≡ (6000 mod 6 - 2996 mod 6) mod 6.
6000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6000
= 6000
2996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2996
= 3000
Somit gilt:
(6000 - 2996) mod 6 ≡ (0 - 2) mod 6 ≡ -2 mod 6 ≡ 4 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 53) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(84 ⋅ 53) mod 7 ≡ (84 mod 7 ⋅ 53 mod 7) mod 7.
84 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 84 + 0 = 12 ⋅ 7 + 0 ist.
53 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 49 + 4 = 7 ⋅ 7 + 4 ist.
Somit gilt:
(84 ⋅ 53) mod 7 ≡ (0 ⋅ 4) mod 7 ≡ 0 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 59764 mod 677.
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. 597 -> x
2. mod(x²,677) -> 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: 5971=597
2: 5972=5971+1=5971⋅5971 ≡ 597⋅597=356409 ≡ 307 mod 677
4: 5974=5972+2=5972⋅5972 ≡ 307⋅307=94249 ≡ 146 mod 677
8: 5978=5974+4=5974⋅5974 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 329 mod 677
16: 59716=5978+8=5978⋅5978 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 598 mod 677
32: 59732=59716+16=59716⋅59716 ≡ 598⋅598=357604 ≡ 148 mod 677
64: 59764=59732+32=59732⋅59732 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 240 mod 677
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 738143 mod 863.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 143 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 143 an und zerlegen 143 in eine Summer von 2er-Potenzen:
143 = 128+8+4+2+1
1: 7381=738
2: 7382=7381+1=7381⋅7381 ≡ 738⋅738=544644 ≡ 91 mod 863
4: 7384=7382+2=7382⋅7382 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 514 mod 863
8: 7388=7384+4=7384⋅7384 ≡ 514⋅514=264196 ≡ 118 mod 863
16: 73816=7388+8=7388⋅7388 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 116 mod 863
32: 73832=73816+16=73816⋅73816 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 511 mod 863
64: 73864=73832+32=73832⋅73832 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 495 mod 863
128: 738128=73864+64=73864⋅73864 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 796 mod 863
738143
= 738128+8+4+2+1
= 738128⋅7388⋅7384⋅7382⋅7381
≡ 796 ⋅ 118 ⋅ 514 ⋅ 91 ⋅ 738 mod 863
≡ 93928 ⋅ 514 ⋅ 91 ⋅ 738 mod 863 ≡ 724 ⋅ 514 ⋅ 91 ⋅ 738 mod 863
≡ 372136 ⋅ 91 ⋅ 738 mod 863 ≡ 183 ⋅ 91 ⋅ 738 mod 863
≡ 16653 ⋅ 738 mod 863 ≡ 256 ⋅ 738 mod 863
≡ 188928 mod 863 ≡ 794 mod 863
Es gilt also: 738143 ≡ 794 mod 863
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 31.
Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 31
=>97 | = 3⋅31 + 4 |
=>31 | = 7⋅4 + 3 |
=>4 | = 1⋅3 + 1 |
=>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,31)=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= 4-1⋅3 | |||
3= 31-7⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(31 -7⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅31 +7⋅ 4) = -1⋅31 +8⋅ 4 (=1) |
4= 97-3⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅31 +8⋅(97 -3⋅ 31)
= -1⋅31 +8⋅97 -24⋅ 31) = 8⋅97 -25⋅ 31 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,31)=1 = 8⋅97 -25⋅31
oder wenn man 8⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 -8⋅97 = -25⋅31
-25⋅31 = -8⋅97 + 1 |+97⋅31
-25⋅31 + 97⋅31 = -8⋅97 + 97⋅31 + 1
(-25 + 97) ⋅ 31 = (-8 + 31) ⋅ 97 + 1
72⋅31 = 23⋅97 + 1
Es gilt also: 72⋅31 = 23⋅97 +1
Somit 72⋅31 = 1 mod 97
72 ist also das Inverse von 31 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.