Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (18005 + 892) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(18005 + 892) mod 9 ≡ (18005 mod 9 + 892 mod 9) mod 9.
18005 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18005
= 18000
892 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 892
= 900
Somit gilt:
(18005 + 892) mod 9 ≡ (5 + 1) mod 9 ≡ 6 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 97) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(98 ⋅ 97) mod 6 ≡ (98 mod 6 ⋅ 97 mod 6) mod 6.
98 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 16 ⋅ 6 + 2 ist.
97 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 96 + 1 = 16 ⋅ 6 + 1 ist.
Somit gilt:
(98 ⋅ 97) mod 6 ≡ (2 ⋅ 1) mod 6 ≡ 2 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 46064 mod 733.
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. 460 -> x
2. mod(x²,733) -> 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: 4601=460
2: 4602=4601+1=4601⋅4601 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 496 mod 733
4: 4604=4602+2=4602⋅4602 ≡ 496⋅496=246016 ≡ 461 mod 733
8: 4608=4604+4=4604⋅4604 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 684 mod 733
16: 46016=4608+8=4608⋅4608 ≡ 684⋅684=467856 ≡ 202 mod 733
32: 46032=46016+16=46016⋅46016 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 489 mod 733
64: 46064=46032+32=46032⋅46032 ≡ 489⋅489=239121 ≡ 163 mod 733
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 794191 mod 827.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:
191 = 128+32+16+8+4+2+1
1: 7941=794
2: 7942=7941+1=7941⋅7941 ≡ 794⋅794=630436 ≡ 262 mod 827
4: 7944=7942+2=7942⋅7942 ≡ 262⋅262=68644 ≡ 3 mod 827
8: 7948=7944+4=7944⋅7944 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 827
16: 79416=7948+8=7948⋅7948 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 827
32: 79432=79416+16=79416⋅79416 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 772 mod 827
64: 79464=79432+32=79432⋅79432 ≡ 772⋅772=595984 ≡ 544 mod 827
128: 794128=79464+64=79464⋅79464 ≡ 544⋅544=295936 ≡ 697 mod 827
794191
= 794128+32+16+8+4+2+1
= 794128⋅79432⋅79416⋅7948⋅7944⋅7942⋅7941
≡ 697 ⋅ 772 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 262 ⋅ 794 mod 827
≡ 538084 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 262 ⋅ 794 mod 827 ≡ 534 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 262 ⋅ 794 mod 827
≡ 43254 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 262 ⋅ 794 mod 827 ≡ 250 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 262 ⋅ 794 mod 827
≡ 2250 ⋅ 3 ⋅ 262 ⋅ 794 mod 827 ≡ 596 ⋅ 3 ⋅ 262 ⋅ 794 mod 827
≡ 1788 ⋅ 262 ⋅ 794 mod 827 ≡ 134 ⋅ 262 ⋅ 794 mod 827
≡ 35108 ⋅ 794 mod 827 ≡ 374 ⋅ 794 mod 827
≡ 296956 mod 827 ≡ 63 mod 827
Es gilt also: 794191 ≡ 63 mod 827
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 95.
Also bestimme x, so dass 95 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 95
| =>101 | = 1⋅95 + 6 |
| =>95 | = 15⋅6 + 5 |
| =>6 | = 1⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,95)=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= 95-15⋅6 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅6 -1⋅(95 -15⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅95 +15⋅ 6) = -1⋅95 +16⋅ 6 (=1) |
| 6= 101-1⋅95 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅95 +16⋅(101 -1⋅ 95)
= -1⋅95 +16⋅101 -16⋅ 95) = 16⋅101 -17⋅ 95 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,95)=1 = 16⋅101 -17⋅95
oder wenn man 16⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -16⋅101 = -17⋅95
-17⋅95 = -16⋅101 + 1 |+101⋅95
-17⋅95 + 101⋅95 = -16⋅101 + 101⋅95 + 1
(-17 + 101) ⋅ 95 = (-16 + 95) ⋅ 101 + 1
84⋅95 = 79⋅101 + 1
Es gilt also: 84⋅95 = 79⋅101 +1
Somit 84⋅95 = 1 mod 101
84 ist also das Inverse von 95 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
