Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2501 - 2001) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2501 - 2001) mod 5 ≡ (2501 mod 5 - 2001 mod 5) mod 5.
2501 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2501
= 2500
2001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2001
= 2000
Somit gilt:
(2501 - 2001) mod 5 ≡ (1 - 1) mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (55 ⋅ 76) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(55 ⋅ 76) mod 9 ≡ (55 mod 9 ⋅ 76 mod 9) mod 9.
55 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 54 + 1 = 6 ⋅ 9 + 1 ist.
76 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 72 + 4 = 8 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(55 ⋅ 76) mod 9 ≡ (1 ⋅ 4) mod 9 ≡ 4 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 85364 mod 863.
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. 853 -> x
2. mod(x²,863) -> 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: 8531=853
2: 8532=8531+1=8531⋅8531 ≡ 853⋅853=727609 ≡ 100 mod 863
4: 8534=8532+2=8532⋅8532 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 507 mod 863
8: 8538=8534+4=8534⋅8534 ≡ 507⋅507=257049 ≡ 738 mod 863
16: 85316=8538+8=8538⋅8538 ≡ 738⋅738=544644 ≡ 91 mod 863
32: 85332=85316+16=85316⋅85316 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 514 mod 863
64: 85364=85332+32=85332⋅85332 ≡ 514⋅514=264196 ≡ 118 mod 863
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 158239 mod 263.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 239 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 239 an und zerlegen 239 in eine Summer von 2er-Potenzen:
239 = 128+64+32+8+4+2+1
1: 1581=158
2: 1582=1581+1=1581⋅1581 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 242 mod 263
4: 1584=1582+2=1582⋅1582 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 178 mod 263
8: 1588=1584+4=1584⋅1584 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 124 mod 263
16: 15816=1588+8=1588⋅1588 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 122 mod 263
32: 15832=15816+16=15816⋅15816 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 156 mod 263
64: 15864=15832+32=15832⋅15832 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 140 mod 263
128: 158128=15864+64=15864⋅15864 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 138 mod 263
158239
= 158128+64+32+8+4+2+1
= 158128⋅15864⋅15832⋅1588⋅1584⋅1582⋅1581
≡ 138 ⋅ 140 ⋅ 156 ⋅ 124 ⋅ 178 ⋅ 242 ⋅ 158 mod 263
≡ 19320 ⋅ 156 ⋅ 124 ⋅ 178 ⋅ 242 ⋅ 158 mod 263 ≡ 121 ⋅ 156 ⋅ 124 ⋅ 178 ⋅ 242 ⋅ 158 mod 263
≡ 18876 ⋅ 124 ⋅ 178 ⋅ 242 ⋅ 158 mod 263 ≡ 203 ⋅ 124 ⋅ 178 ⋅ 242 ⋅ 158 mod 263
≡ 25172 ⋅ 178 ⋅ 242 ⋅ 158 mod 263 ≡ 187 ⋅ 178 ⋅ 242 ⋅ 158 mod 263
≡ 33286 ⋅ 242 ⋅ 158 mod 263 ≡ 148 ⋅ 242 ⋅ 158 mod 263
≡ 35816 ⋅ 158 mod 263 ≡ 48 ⋅ 158 mod 263
≡ 7584 mod 263 ≡ 220 mod 263
Es gilt also: 158239 ≡ 220 mod 263
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 53.
Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 53
| =>59 | = 1⋅53 + 6 |
| =>53 | = 8⋅6 + 5 |
| =>6 | = 1⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,53)=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= 6-1⋅5 | |||
| 5= 53-8⋅6 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅6 -1⋅(53 -8⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅53 +8⋅ 6) = -1⋅53 +9⋅ 6 (=1) |
| 6= 59-1⋅53 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅53 +9⋅(59 -1⋅ 53)
= -1⋅53 +9⋅59 -9⋅ 53) = 9⋅59 -10⋅ 53 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,53)=1 = 9⋅59 -10⋅53
oder wenn man 9⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅59 = -10⋅53
-10⋅53 = -9⋅59 + 1 |+59⋅53
-10⋅53 + 59⋅53 = -9⋅59 + 59⋅53 + 1
(-10 + 59) ⋅ 53 = (-9 + 53) ⋅ 59 + 1
49⋅53 = 44⋅59 + 1
Es gilt also: 49⋅53 = 44⋅59 +1
Somit 49⋅53 = 1 mod 59
49 ist also das Inverse von 53 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
