Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (35999 + 8993) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(35999 + 8993) mod 9 ≡ (35999 mod 9 + 8993 mod 9) mod 9.
35999 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35999
= 36000
8993 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8993
= 9000
Somit gilt:
(35999 + 8993) mod 9 ≡ (8 + 2) mod 9 ≡ 10 mod 9 ≡ 1 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 22) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(84 ⋅ 22) mod 5 ≡ (84 mod 5 ⋅ 22 mod 5) mod 5.
84 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 80 + 4 = 16 ⋅ 5 + 4 ist.
22 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 20 + 2 = 4 ⋅ 5 + 2 ist.
Somit gilt:
(84 ⋅ 22) mod 5 ≡ (4 ⋅ 2) mod 5 ≡ 8 mod 5 ≡ 3 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 64616 mod 757.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 646 -> x
2. mod(x²,757) -> 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: 6461=646
2: 6462=6461+1=6461⋅6461 ≡ 646⋅646=417316 ≡ 209 mod 757
4: 6464=6462+2=6462⋅6462 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 532 mod 757
8: 6468=6464+4=6464⋅6464 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 663 mod 757
16: 64616=6468+8=6468⋅6468 ≡ 663⋅663=439569 ≡ 509 mod 757
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 253253 mod 331.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 253 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 253 an und zerlegen 253 in eine Summer von 2er-Potenzen:
253 = 128+64+32+16+8+4+1
1: 2531=253
2: 2532=2531+1=2531⋅2531 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 126 mod 331
4: 2534=2532+2=2532⋅2532 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 319 mod 331
8: 2538=2534+4=2534⋅2534 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 144 mod 331
16: 25316=2538+8=2538⋅2538 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 214 mod 331
32: 25332=25316+16=25316⋅25316 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 118 mod 331
64: 25364=25332+32=25332⋅25332 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 22 mod 331
128: 253128=25364+64=25364⋅25364 ≡ 22⋅22=484 ≡ 153 mod 331
253253
= 253128+64+32+16+8+4+1
= 253128⋅25364⋅25332⋅25316⋅2538⋅2534⋅2531
≡ 153 ⋅ 22 ⋅ 118 ⋅ 214 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331
≡ 3366 ⋅ 118 ⋅ 214 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331 ≡ 56 ⋅ 118 ⋅ 214 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331
≡ 6608 ⋅ 214 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331 ≡ 319 ⋅ 214 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331
≡ 68266 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331 ≡ 80 ⋅ 144 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331
≡ 11520 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331 ≡ 266 ⋅ 319 ⋅ 253 mod 331
≡ 84854 ⋅ 253 mod 331 ≡ 118 ⋅ 253 mod 331
≡ 29854 mod 331 ≡ 64 mod 331
Es gilt also: 253253 ≡ 64 mod 331
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 43.
Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 43
| =>83 | = 1⋅43 + 40 |
| =>43 | = 1⋅40 + 3 |
| =>40 | = 13⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,43)=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= 40-13⋅3 | |||
| 3= 43-1⋅40 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅40 -13⋅(43 -1⋅ 40)
= 1⋅40 -13⋅43 +13⋅ 40) = -13⋅43 +14⋅ 40 (=1) |
| 40= 83-1⋅43 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -13⋅43 +14⋅(83 -1⋅ 43)
= -13⋅43 +14⋅83 -14⋅ 43) = 14⋅83 -27⋅ 43 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,43)=1 = 14⋅83 -27⋅43
oder wenn man 14⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -14⋅83 = -27⋅43
-27⋅43 = -14⋅83 + 1 |+83⋅43
-27⋅43 + 83⋅43 = -14⋅83 + 83⋅43 + 1
(-27 + 83) ⋅ 43 = (-14 + 43) ⋅ 83 + 1
56⋅43 = 29⋅83 + 1
Es gilt also: 56⋅43 = 29⋅83 +1
Somit 56⋅43 = 1 mod 83
56 ist also das Inverse von 43 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
