Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (17993 - 36007) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17993 - 36007) mod 9 ≡ (17993 mod 9 - 36007 mod 9) mod 9.
17993 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17993
= 18000
36007 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36007
= 36000
Somit gilt:
(17993 - 36007) mod 9 ≡ (2 - 7) mod 9 ≡ -5 mod 9 ≡ 4 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (85 ⋅ 73) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(85 ⋅ 73) mod 7 ≡ (85 mod 7 ⋅ 73 mod 7) mod 7.
85 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 84 + 1 = 12 ⋅ 7 + 1 ist.
73 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 70 + 3 = 10 ⋅ 7 + 3 ist.
Somit gilt:
(85 ⋅ 73) mod 7 ≡ (1 ⋅ 3) mod 7 ≡ 3 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 39364 mod 547.
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. 393 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 3931=393
2: 3932=3931+1=3931⋅3931 ≡ 393⋅393=154449 ≡ 195 mod 547
4: 3934=3932+2=3932⋅3932 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 282 mod 547
8: 3938=3934+4=3934⋅3934 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 209 mod 547
16: 39316=3938+8=3938⋅3938 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 468 mod 547
32: 39332=39316+16=39316⋅39316 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 224 mod 547
64: 39364=39332+32=39332⋅39332 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 399 mod 547
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 959141 mod 977.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 141 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 141 an und zerlegen 141 in eine Summer von 2er-Potenzen:
141 = 128+8+4+1
1: 9591=959
2: 9592=9591+1=9591⋅9591 ≡ 959⋅959=919681 ≡ 324 mod 977
4: 9594=9592+2=9592⋅9592 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 437 mod 977
8: 9598=9594+4=9594⋅9594 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 454 mod 977
16: 95916=9598+8=9598⋅9598 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 946 mod 977
32: 95932=95916+16=95916⋅95916 ≡ 946⋅946=894916 ≡ 961 mod 977
64: 95964=95932+32=95932⋅95932 ≡ 961⋅961=923521 ≡ 256 mod 977
128: 959128=95964+64=95964⋅95964 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 77 mod 977
959141
= 959128+8+4+1
= 959128⋅9598⋅9594⋅9591
≡ 77 ⋅ 454 ⋅ 437 ⋅ 959 mod 977
≡ 34958 ⋅ 437 ⋅ 959 mod 977 ≡ 763 ⋅ 437 ⋅ 959 mod 977
≡ 333431 ⋅ 959 mod 977 ≡ 274 ⋅ 959 mod 977
≡ 262766 mod 977 ≡ 930 mod 977
Es gilt also: 959141 ≡ 930 mod 977
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 57.
Also bestimme x, so dass 57 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 57
| =>83 | = 1⋅57 + 26 |
| =>57 | = 2⋅26 + 5 |
| =>26 | = 5⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,57)=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= 26-5⋅5 | |||
| 5= 57-2⋅26 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅26 -5⋅(57 -2⋅ 26)
= 1⋅26 -5⋅57 +10⋅ 26) = -5⋅57 +11⋅ 26 (=1) |
| 26= 83-1⋅57 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅57 +11⋅(83 -1⋅ 57)
= -5⋅57 +11⋅83 -11⋅ 57) = 11⋅83 -16⋅ 57 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,57)=1 = 11⋅83 -16⋅57
oder wenn man 11⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅83 = -16⋅57
-16⋅57 = -11⋅83 + 1 |+83⋅57
-16⋅57 + 83⋅57 = -11⋅83 + 83⋅57 + 1
(-16 + 83) ⋅ 57 = (-11 + 57) ⋅ 83 + 1
67⋅57 = 46⋅83 + 1
Es gilt also: 67⋅57 = 46⋅83 +1
Somit 67⋅57 = 1 mod 83
67 ist also das Inverse von 57 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
