Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (175 - 35997) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(175 - 35997) mod 9 ≡ (175 mod 9 - 35997 mod 9) mod 9.
175 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 175
= 180
35997 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35997
= 36000
Somit gilt:
(175 - 35997) mod 9 ≡ (4 - 6) mod 9 ≡ -2 mod 9 ≡ 7 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (49 ⋅ 93) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(49 ⋅ 93) mod 3 ≡ (49 mod 3 ⋅ 93 mod 3) mod 3.
49 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 48 + 1 = 16 ⋅ 3 + 1 ist.
93 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 93 + 0 = 31 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(49 ⋅ 93) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 38932 mod 887.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 389 -> x
2. mod(x²,887) -> 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: 3891=389
2: 3892=3891+1=3891⋅3891 ≡ 389⋅389=151321 ≡ 531 mod 887
4: 3894=3892+2=3892⋅3892 ≡ 531⋅531=281961 ≡ 782 mod 887
8: 3898=3894+4=3894⋅3894 ≡ 782⋅782=611524 ≡ 381 mod 887
16: 38916=3898+8=3898⋅3898 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 580 mod 887
32: 38932=38916+16=38916⋅38916 ≡ 580⋅580=336400 ≡ 227 mod 887
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 823179 mod 971.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 179 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 179 an und zerlegen 179 in eine Summer von 2er-Potenzen:
179 = 128+32+16+2+1
1: 8231=823
2: 8232=8231+1=8231⋅8231 ≡ 823⋅823=677329 ≡ 542 mod 971
4: 8234=8232+2=8232⋅8232 ≡ 542⋅542=293764 ≡ 522 mod 971
8: 8238=8234+4=8234⋅8234 ≡ 522⋅522=272484 ≡ 604 mod 971
16: 82316=8238+8=8238⋅8238 ≡ 604⋅604=364816 ≡ 691 mod 971
32: 82332=82316+16=82316⋅82316 ≡ 691⋅691=477481 ≡ 720 mod 971
64: 82364=82332+32=82332⋅82332 ≡ 720⋅720=518400 ≡ 857 mod 971
128: 823128=82364+64=82364⋅82364 ≡ 857⋅857=734449 ≡ 373 mod 971
823179
= 823128+32+16+2+1
= 823128⋅82332⋅82316⋅8232⋅8231
≡ 373 ⋅ 720 ⋅ 691 ⋅ 542 ⋅ 823 mod 971
≡ 268560 ⋅ 691 ⋅ 542 ⋅ 823 mod 971 ≡ 564 ⋅ 691 ⋅ 542 ⋅ 823 mod 971
≡ 389724 ⋅ 542 ⋅ 823 mod 971 ≡ 353 ⋅ 542 ⋅ 823 mod 971
≡ 191326 ⋅ 823 mod 971 ≡ 39 ⋅ 823 mod 971
≡ 32097 mod 971 ≡ 54 mod 971
Es gilt also: 823179 ≡ 54 mod 971
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 59
| =>67 | = 1⋅59 + 8 |
| =>59 | = 7⋅8 + 3 |
| =>8 | = 2⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,59)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 8-2⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3) = -1⋅8 +3⋅ 3 (=1) |
| 3= 59-7⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅8 +3⋅(59 -7⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅59 -21⋅ 8) = 3⋅59 -22⋅ 8 (=1) |
| 8= 67-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅59 -22⋅(67 -1⋅ 59)
= 3⋅59 -22⋅67 +22⋅ 59) = -22⋅67 +25⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,59)=1 = -22⋅67 +25⋅59
oder wenn man -22⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +22⋅67 = +25⋅59
Es gilt also: 25⋅59 = 22⋅67 +1
Somit 25⋅59 = 1 mod 67
25 ist also das Inverse von 59 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
