Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1998 + 1997) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1998 + 1997) mod 5 ≡ (1998 mod 5 + 1997 mod 5) mod 5.
1998 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1998
= 1900
1997 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1997
= 1900
Somit gilt:
(1998 + 1997) mod 5 ≡ (3 + 2) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (49 ⋅ 17) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(49 ⋅ 17) mod 3 ≡ (49 mod 3 ⋅ 17 mod 3) mod 3.
49 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 48 + 1 = 16 ⋅ 3 + 1 ist.
17 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 15 + 2 = 5 ⋅ 3 + 2 ist.
Somit gilt:
(49 ⋅ 17) mod 3 ≡ (1 ⋅ 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 217128 mod 283.
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. 217 -> x
2. mod(x²,283) -> 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: 2171=217
2: 2172=2171+1=2171⋅2171 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 111 mod 283
4: 2174=2172+2=2172⋅2172 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 152 mod 283
8: 2178=2174+4=2174⋅2174 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 181 mod 283
16: 21716=2178+8=2178⋅2178 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 216 mod 283
32: 21732=21716+16=21716⋅21716 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 244 mod 283
64: 21764=21732+32=21732⋅21732 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 106 mod 283
128: 217128=21764+64=21764⋅21764 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 199 mod 283
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 89977 mod 967.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 77 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 77 an und zerlegen 77 in eine Summer von 2er-Potenzen:
77 = 64+8+4+1
1: 8991=899
2: 8992=8991+1=8991⋅8991 ≡ 899⋅899=808201 ≡ 756 mod 967
4: 8994=8992+2=8992⋅8992 ≡ 756⋅756=571536 ≡ 39 mod 967
8: 8998=8994+4=8994⋅8994 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 554 mod 967
16: 89916=8998+8=8998⋅8998 ≡ 554⋅554=306916 ≡ 377 mod 967
32: 89932=89916+16=89916⋅89916 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 947 mod 967
64: 89964=89932+32=89932⋅89932 ≡ 947⋅947=896809 ≡ 400 mod 967
89977
= 89964+8+4+1
= 89964⋅8998⋅8994⋅8991
≡ 400 ⋅ 554 ⋅ 39 ⋅ 899 mod 967
≡ 221600 ⋅ 39 ⋅ 899 mod 967 ≡ 157 ⋅ 39 ⋅ 899 mod 967
≡ 6123 ⋅ 899 mod 967 ≡ 321 ⋅ 899 mod 967
≡ 288579 mod 967 ≡ 413 mod 967
Es gilt also: 89977 ≡ 413 mod 967
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 59
| =>83 | = 1⋅59 + 24 |
| =>59 | = 2⋅24 + 11 |
| =>24 | = 2⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,59)=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= 11-5⋅2 | |||
| 2= 24-2⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(24 -2⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅24 +10⋅ 11) = -5⋅24 +11⋅ 11 (=1) |
| 11= 59-2⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅24 +11⋅(59 -2⋅ 24)
= -5⋅24 +11⋅59 -22⋅ 24) = 11⋅59 -27⋅ 24 (=1) |
| 24= 83-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 11⋅59 -27⋅(83 -1⋅ 59)
= 11⋅59 -27⋅83 +27⋅ 59) = -27⋅83 +38⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,59)=1 = -27⋅83 +38⋅59
oder wenn man -27⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +27⋅83 = +38⋅59
Es gilt also: 38⋅59 = 27⋅83 +1
Somit 38⋅59 = 1 mod 83
38 ist also das Inverse von 59 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
