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: (366 - 44999) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(366 - 44999) mod 9 ≡ (366 mod 9 - 44999 mod 9) mod 9.
366 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 366
= 360
44999 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44999
= 45000
Somit gilt:
(366 - 44999) mod 9 ≡ (6 - 8) mod 9 ≡ -2 mod 9 ≡ 7 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 39) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(58 ⋅ 39) mod 11 ≡ (58 mod 11 ⋅ 39 mod 11) mod 11.
58 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 55 + 3 = 5 ⋅ 11 + 3 ist.
39 mod 11 ≡ 6 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 33 + 6 = 3 ⋅ 11 + 6 ist.
Somit gilt:
(58 ⋅ 39) mod 11 ≡ (3 ⋅ 6) mod 11 ≡ 18 mod 11 ≡ 7 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 15964 mod 281.
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. 159 -> x
2. mod(x²,281) -> 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: 1591=159
2: 1592=1591+1=1591⋅1591 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 272 mod 281
4: 1594=1592+2=1592⋅1592 ≡ 272⋅272=73984 ≡ 81 mod 281
8: 1598=1594+4=1594⋅1594 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 98 mod 281
16: 15916=1598+8=1598⋅1598 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 50 mod 281
32: 15932=15916+16=15916⋅15916 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 252 mod 281
64: 15964=15932+32=15932⋅15932 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 279 mod 281
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 225141 mod 239.
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: 2251=225
2: 2252=2251+1=2251⋅2251 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 196 mod 239
4: 2254=2252+2=2252⋅2252 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 176 mod 239
8: 2258=2254+4=2254⋅2254 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 145 mod 239
16: 22516=2258+8=2258⋅2258 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 232 mod 239
32: 22532=22516+16=22516⋅22516 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 49 mod 239
64: 22564=22532+32=22532⋅22532 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 11 mod 239
128: 225128=22564+64=22564⋅22564 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 239
225141
= 225128+8+4+1
= 225128⋅2258⋅2254⋅2251
≡ 121 ⋅ 145 ⋅ 176 ⋅ 225 mod 239
≡ 17545 ⋅ 176 ⋅ 225 mod 239 ≡ 98 ⋅ 176 ⋅ 225 mod 239
≡ 17248 ⋅ 225 mod 239 ≡ 40 ⋅ 225 mod 239
≡ 9000 mod 239 ≡ 157 mod 239
Es gilt also: 225141 ≡ 157 mod 239
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 40.
Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 40
| =>71 | = 1⋅40 + 31 |
| =>40 | = 1⋅31 + 9 |
| =>31 | = 3⋅9 + 4 |
| =>9 | = 2⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,40)=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= 9-2⋅4 | |||
| 4= 31-3⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -2⋅(31 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅31 +6⋅ 9) = -2⋅31 +7⋅ 9 (=1) |
| 9= 40-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅31 +7⋅(40 -1⋅ 31)
= -2⋅31 +7⋅40 -7⋅ 31) = 7⋅40 -9⋅ 31 (=1) |
| 31= 71-1⋅40 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅40 -9⋅(71 -1⋅ 40)
= 7⋅40 -9⋅71 +9⋅ 40) = -9⋅71 +16⋅ 40 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,40)=1 = -9⋅71 +16⋅40
oder wenn man -9⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅71 = +16⋅40
Es gilt also: 16⋅40 = 9⋅71 +1
Somit 16⋅40 = 1 mod 71
16 ist also das Inverse von 40 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
