Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (17999 - 36009) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17999 - 36009) mod 9 ≡ (17999 mod 9 - 36009 mod 9) mod 9.
17999 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17999
= 18000
36009 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36009
= 36000
Somit gilt:
(17999 - 36009) mod 9 ≡ (8 - 0) mod 9 ≡ 8 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 83) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(84 ⋅ 83) mod 4 ≡ (84 mod 4 ⋅ 83 mod 4) mod 4.
84 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 84 + 0 = 21 ⋅ 4 + 0 ist.
83 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80 + 3 = 20 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(84 ⋅ 83) mod 4 ≡ (0 ⋅ 3) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 59116 mod 743.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 591 -> x
2. mod(x²,743) -> 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: 5911=591
2: 5912=5911+1=5911⋅5911 ≡ 591⋅591=349281 ≡ 71 mod 743
4: 5914=5912+2=5912⋅5912 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 583 mod 743
8: 5918=5914+4=5914⋅5914 ≡ 583⋅583=339889 ≡ 338 mod 743
16: 59116=5918+8=5918⋅5918 ≡ 338⋅338=114244 ≡ 565 mod 743
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 220123 mod 241.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 123 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 123 an und zerlegen 123 in eine Summer von 2er-Potenzen:
123 = 64+32+16+8+2+1
1: 2201=220
2: 2202=2201+1=2201⋅2201 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 200 mod 241
4: 2204=2202+2=2202⋅2202 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 235 mod 241
8: 2208=2204+4=2204⋅2204 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 36 mod 241
16: 22016=2208+8=2208⋅2208 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 91 mod 241
32: 22032=22016+16=22016⋅22016 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 87 mod 241
64: 22064=22032+32=22032⋅22032 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 98 mod 241
220123
= 22064+32+16+8+2+1
= 22064⋅22032⋅22016⋅2208⋅2202⋅2201
≡ 98 ⋅ 87 ⋅ 91 ⋅ 36 ⋅ 200 ⋅ 220 mod 241
≡ 8526 ⋅ 91 ⋅ 36 ⋅ 200 ⋅ 220 mod 241 ≡ 91 ⋅ 91 ⋅ 36 ⋅ 200 ⋅ 220 mod 241
≡ 8281 ⋅ 36 ⋅ 200 ⋅ 220 mod 241 ≡ 87 ⋅ 36 ⋅ 200 ⋅ 220 mod 241
≡ 3132 ⋅ 200 ⋅ 220 mod 241 ≡ 240 ⋅ 200 ⋅ 220 mod 241
≡ 48000 ⋅ 220 mod 241 ≡ 41 ⋅ 220 mod 241
≡ 9020 mod 241 ≡ 103 mod 241
Es gilt also: 220123 ≡ 103 mod 241
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 70.
Also bestimme x, so dass 70 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 70
| =>79 | = 1⋅70 + 9 |
| =>70 | = 7⋅9 + 7 |
| =>9 | = 1⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,70)=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= 9-1⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(9 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅9 +3⋅ 7) = -3⋅9 +4⋅ 7 (=1) |
| 7= 70-7⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅9 +4⋅(70 -7⋅ 9)
= -3⋅9 +4⋅70 -28⋅ 9) = 4⋅70 -31⋅ 9 (=1) |
| 9= 79-1⋅70 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅70 -31⋅(79 -1⋅ 70)
= 4⋅70 -31⋅79 +31⋅ 70) = -31⋅79 +35⋅ 70 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,70)=1 = -31⋅79 +35⋅70
oder wenn man -31⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +31⋅79 = +35⋅70
Es gilt also: 35⋅70 = 31⋅79 +1
Somit 35⋅70 = 1 mod 79
35 ist also das Inverse von 70 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
