Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1796 + 1199) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1796 + 1199) mod 6 ≡ (1796 mod 6 + 1199 mod 6) mod 6.
1796 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1796
= 1800
1199 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1199
= 1200
Somit gilt:
(1796 + 1199) mod 6 ≡ (2 + 5) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 76) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(19 ⋅ 76) mod 5 ≡ (19 mod 5 ⋅ 76 mod 5) mod 5.
19 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 15 + 4 = 3 ⋅ 5 + 4 ist.
76 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 75 + 1 = 15 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(19 ⋅ 76) mod 5 ≡ (4 ⋅ 1) mod 5 ≡ 4 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 639128 mod 773.
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. 639 -> x
2. mod(x²,773) -> 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: 6391=639
2: 6392=6391+1=6391⋅6391 ≡ 639⋅639=408321 ≡ 177 mod 773
4: 6394=6392+2=6392⋅6392 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 409 mod 773
8: 6398=6394+4=6394⋅6394 ≡ 409⋅409=167281 ≡ 313 mod 773
16: 63916=6398+8=6398⋅6398 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 571 mod 773
32: 63932=63916+16=63916⋅63916 ≡ 571⋅571=326041 ≡ 608 mod 773
64: 63964=63932+32=63932⋅63932 ≡ 608⋅608=369664 ≡ 170 mod 773
128: 639128=63964+64=63964⋅63964 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 299 mod 773
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 872197 mod 967.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 197 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 197 an und zerlegen 197 in eine Summer von 2er-Potenzen:
197 = 128+64+4+1
1: 8721=872
2: 8722=8721+1=8721⋅8721 ≡ 872⋅872=760384 ≡ 322 mod 967
4: 8724=8722+2=8722⋅8722 ≡ 322⋅322=103684 ≡ 215 mod 967
8: 8728=8724+4=8724⋅8724 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 776 mod 967
16: 87216=8728+8=8728⋅8728 ≡ 776⋅776=602176 ≡ 702 mod 967
32: 87232=87216+16=87216⋅87216 ≡ 702⋅702=492804 ≡ 601 mod 967
64: 87264=87232+32=87232⋅87232 ≡ 601⋅601=361201 ≡ 510 mod 967
128: 872128=87264+64=87264⋅87264 ≡ 510⋅510=260100 ≡ 944 mod 967
872197
= 872128+64+4+1
= 872128⋅87264⋅8724⋅8721
≡ 944 ⋅ 510 ⋅ 215 ⋅ 872 mod 967
≡ 481440 ⋅ 215 ⋅ 872 mod 967 ≡ 841 ⋅ 215 ⋅ 872 mod 967
≡ 180815 ⋅ 872 mod 967 ≡ 953 ⋅ 872 mod 967
≡ 831016 mod 967 ≡ 363 mod 967
Es gilt also: 872197 ≡ 363 mod 967
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 53.
Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 53
| =>97 | = 1⋅53 + 44 |
| =>53 | = 1⋅44 + 9 |
| =>44 | = 4⋅9 + 8 |
| =>9 | = 1⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,53)=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= 9-1⋅8 | |||
| 8= 44-4⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -1⋅(44 -4⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅44 +4⋅ 9) = -1⋅44 +5⋅ 9 (=1) |
| 9= 53-1⋅44 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅44 +5⋅(53 -1⋅ 44)
= -1⋅44 +5⋅53 -5⋅ 44) = 5⋅53 -6⋅ 44 (=1) |
| 44= 97-1⋅53 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅53 -6⋅(97 -1⋅ 53)
= 5⋅53 -6⋅97 +6⋅ 53) = -6⋅97 +11⋅ 53 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,53)=1 = -6⋅97 +11⋅53
oder wenn man -6⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +6⋅97 = +11⋅53
Es gilt also: 11⋅53 = 6⋅97 +1
Somit 11⋅53 = 1 mod 97
11 ist also das Inverse von 53 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
