Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (20993 - 34996) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20993 - 34996) mod 7 ≡ (20993 mod 7 - 34996 mod 7) mod 7.
20993 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20993
= 21000
34996 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34996
= 35000
Somit gilt:
(20993 - 34996) mod 7 ≡ (0 - 3) mod 7 ≡ -3 mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 66) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(68 ⋅ 66) mod 6 ≡ (68 mod 6 ⋅ 66 mod 6) mod 6.
68 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 66 + 2 = 11 ⋅ 6 + 2 ist.
66 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 66 + 0 = 11 ⋅ 6 + 0 ist.
Somit gilt:
(68 ⋅ 66) mod 6 ≡ (2 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 657128 mod 839.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 657 -> x
2. mod(x²,839) -> 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: 6571=657
2: 6572=6571+1=6571⋅6571 ≡ 657⋅657=431649 ≡ 403 mod 839
4: 6574=6572+2=6572⋅6572 ≡ 403⋅403=162409 ≡ 482 mod 839
8: 6578=6574+4=6574⋅6574 ≡ 482⋅482=232324 ≡ 760 mod 839
16: 65716=6578+8=6578⋅6578 ≡ 760⋅760=577600 ≡ 368 mod 839
32: 65732=65716+16=65716⋅65716 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 345 mod 839
64: 65764=65732+32=65732⋅65732 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 726 mod 839
128: 657128=65764+64=65764⋅65764 ≡ 726⋅726=527076 ≡ 184 mod 839
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 713252 mod 991.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 252 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 252 an und zerlegen 252 in eine Summer von 2er-Potenzen:
252 = 128+64+32+16+8+4
1: 7131=713
2: 7132=7131+1=7131⋅7131 ≡ 713⋅713=508369 ≡ 977 mod 991
4: 7134=7132+2=7132⋅7132 ≡ 977⋅977=954529 ≡ 196 mod 991
8: 7138=7134+4=7134⋅7134 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 758 mod 991
16: 71316=7138+8=7138⋅7138 ≡ 758⋅758=574564 ≡ 775 mod 991
32: 71332=71316+16=71316⋅71316 ≡ 775⋅775=600625 ≡ 79 mod 991
64: 71364=71332+32=71332⋅71332 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 295 mod 991
128: 713128=71364+64=71364⋅71364 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 808 mod 991
713252
= 713128+64+32+16+8+4
= 713128⋅71364⋅71332⋅71316⋅7138⋅7134
≡ 808 ⋅ 295 ⋅ 79 ⋅ 775 ⋅ 758 ⋅ 196 mod 991
≡ 238360 ⋅ 79 ⋅ 775 ⋅ 758 ⋅ 196 mod 991 ≡ 520 ⋅ 79 ⋅ 775 ⋅ 758 ⋅ 196 mod 991
≡ 41080 ⋅ 775 ⋅ 758 ⋅ 196 mod 991 ≡ 449 ⋅ 775 ⋅ 758 ⋅ 196 mod 991
≡ 347975 ⋅ 758 ⋅ 196 mod 991 ≡ 134 ⋅ 758 ⋅ 196 mod 991
≡ 101572 ⋅ 196 mod 991 ≡ 490 ⋅ 196 mod 991
≡ 96040 mod 991 ≡ 904 mod 991
Es gilt also: 713252 ≡ 904 mod 991
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 57.
Also bestimme x, so dass 57 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 57
| =>67 | = 1⋅57 + 10 |
| =>57 | = 5⋅10 + 7 |
| =>10 | = 1⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,57)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 10-1⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(10 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅10 +2⋅ 7) = -2⋅10 +3⋅ 7 (=1) |
| 7= 57-5⋅10 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅10 +3⋅(57 -5⋅ 10)
= -2⋅10 +3⋅57 -15⋅ 10) = 3⋅57 -17⋅ 10 (=1) |
| 10= 67-1⋅57 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅57 -17⋅(67 -1⋅ 57)
= 3⋅57 -17⋅67 +17⋅ 57) = -17⋅67 +20⋅ 57 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,57)=1 = -17⋅67 +20⋅57
oder wenn man -17⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +17⋅67 = +20⋅57
Es gilt also: 20⋅57 = 17⋅67 +1
Somit 20⋅57 = 1 mod 67
20 ist also das Inverse von 57 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
