Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (800 - 87) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(800 - 87) mod 8 ≡ (800 mod 8 - 87 mod 8) mod 8.
800 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 800
= 800
87 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87
= 80
Somit gilt:
(800 - 87) mod 8 ≡ (0 - 7) mod 8 ≡ -7 mod 8 ≡ 1 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 65) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(84 ⋅ 65) mod 3 ≡ (84 mod 3 ⋅ 65 mod 3) mod 3.
84 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 84 + 0 = 28 ⋅ 3 + 0 ist.
65 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 63 + 2 = 21 ⋅ 3 + 2 ist.
Somit gilt:
(84 ⋅ 65) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 34264 mod 683.
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. 342 -> x
2. mod(x²,683) -> 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: 3421=342
2: 3422=3421+1=3421⋅3421 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 171 mod 683
4: 3424=3422+2=3422⋅3422 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 555 mod 683
8: 3428=3424+4=3424⋅3424 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 675 mod 683
16: 34216=3428+8=3428⋅3428 ≡ 675⋅675=455625 ≡ 64 mod 683
32: 34232=34216+16=34216⋅34216 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 681 mod 683
64: 34264=34232+32=34232⋅34232 ≡ 681⋅681=463761 ≡ 4 mod 683
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 171126 mod 313.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 126 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 126 an und zerlegen 126 in eine Summer von 2er-Potenzen:
126 = 64+32+16+8+4+2
1: 1711=171
2: 1712=1711+1=1711⋅1711 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 132 mod 313
4: 1714=1712+2=1712⋅1712 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 209 mod 313
8: 1718=1714+4=1714⋅1714 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 174 mod 313
16: 17116=1718+8=1718⋅1718 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 228 mod 313
32: 17132=17116+16=17116⋅17116 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 26 mod 313
64: 17164=17132+32=17132⋅17132 ≡ 26⋅26=676 ≡ 50 mod 313
171126
= 17164+32+16+8+4+2
= 17164⋅17132⋅17116⋅1718⋅1714⋅1712
≡ 50 ⋅ 26 ⋅ 228 ⋅ 174 ⋅ 209 ⋅ 132 mod 313
≡ 1300 ⋅ 228 ⋅ 174 ⋅ 209 ⋅ 132 mod 313 ≡ 48 ⋅ 228 ⋅ 174 ⋅ 209 ⋅ 132 mod 313
≡ 10944 ⋅ 174 ⋅ 209 ⋅ 132 mod 313 ≡ 302 ⋅ 174 ⋅ 209 ⋅ 132 mod 313
≡ 52548 ⋅ 209 ⋅ 132 mod 313 ≡ 277 ⋅ 209 ⋅ 132 mod 313
≡ 57893 ⋅ 132 mod 313 ≡ 301 ⋅ 132 mod 313
≡ 39732 mod 313 ≡ 294 mod 313
Es gilt also: 171126 ≡ 294 mod 313
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 45
| =>61 | = 1⋅45 + 16 |
| =>45 | = 2⋅16 + 13 |
| =>16 | = 1⋅13 + 3 |
| =>13 | = 4⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,45)=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= 13-4⋅3 | |||
| 3= 16-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -4⋅(16 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅16 +4⋅ 13) = -4⋅16 +5⋅ 13 (=1) |
| 13= 45-2⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅16 +5⋅(45 -2⋅ 16)
= -4⋅16 +5⋅45 -10⋅ 16) = 5⋅45 -14⋅ 16 (=1) |
| 16= 61-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅45 -14⋅(61 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -14⋅61 +14⋅ 45) = -14⋅61 +19⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,45)=1 = -14⋅61 +19⋅45
oder wenn man -14⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +14⋅61 = +19⋅45
Es gilt also: 19⋅45 = 14⋅61 +1
Somit 19⋅45 = 1 mod 61
19 ist also das Inverse von 45 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
