Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3992 + 324) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3992 + 324) mod 8 ≡ (3992 mod 8 + 324 mod 8) mod 8.
3992 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3992
= 4000
324 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 324
= 320
Somit gilt:
(3992 + 324) mod 8 ≡ (0 + 4) mod 8 ≡ 4 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 54) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(43 ⋅ 54) mod 9 ≡ (43 mod 9 ⋅ 54 mod 9) mod 9.
43 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 36 + 7 = 4 ⋅ 9 + 7 ist.
54 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 54 + 0 = 6 ⋅ 9 + 0 ist.
Somit gilt:
(43 ⋅ 54) mod 9 ≡ (7 ⋅ 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 20864 mod 311.
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. 208 -> x
2. mod(x²,311) -> 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: 2081=208
2: 2082=2081+1=2081⋅2081 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 35 mod 311
4: 2084=2082+2=2082⋅2082 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 292 mod 311
8: 2088=2084+4=2084⋅2084 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 50 mod 311
16: 20816=2088+8=2088⋅2088 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 12 mod 311
32: 20832=20816+16=20816⋅20816 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 311
64: 20864=20832+32=20832⋅20832 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 210 mod 311
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 567190 mod 617.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 190 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 190 an und zerlegen 190 in eine Summer von 2er-Potenzen:
190 = 128+32+16+8+4+2
1: 5671=567
2: 5672=5671+1=5671⋅5671 ≡ 567⋅567=321489 ≡ 32 mod 617
4: 5674=5672+2=5672⋅5672 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 407 mod 617
8: 5678=5674+4=5674⋅5674 ≡ 407⋅407=165649 ≡ 293 mod 617
16: 56716=5678+8=5678⋅5678 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 86 mod 617
32: 56732=56716+16=56716⋅56716 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 609 mod 617
64: 56764=56732+32=56732⋅56732 ≡ 609⋅609=370881 ≡ 64 mod 617
128: 567128=56764+64=56764⋅56764 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 394 mod 617
567190
= 567128+32+16+8+4+2
= 567128⋅56732⋅56716⋅5678⋅5674⋅5672
≡ 394 ⋅ 609 ⋅ 86 ⋅ 293 ⋅ 407 ⋅ 32 mod 617
≡ 239946 ⋅ 86 ⋅ 293 ⋅ 407 ⋅ 32 mod 617 ≡ 550 ⋅ 86 ⋅ 293 ⋅ 407 ⋅ 32 mod 617
≡ 47300 ⋅ 293 ⋅ 407 ⋅ 32 mod 617 ≡ 408 ⋅ 293 ⋅ 407 ⋅ 32 mod 617
≡ 119544 ⋅ 407 ⋅ 32 mod 617 ≡ 463 ⋅ 407 ⋅ 32 mod 617
≡ 188441 ⋅ 32 mod 617 ≡ 256 ⋅ 32 mod 617
≡ 8192 mod 617 ≡ 171 mod 617
Es gilt also: 567190 ≡ 171 mod 617
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 75.
Also bestimme x, so dass 75 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 75
| =>89 | = 1⋅75 + 14 |
| =>75 | = 5⋅14 + 5 |
| =>14 | = 2⋅5 + 4 |
| =>5 | = 1⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,75)=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= 5-1⋅4 | |||
| 4= 14-2⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -1⋅(14 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅14 +2⋅ 5) = -1⋅14 +3⋅ 5 (=1) |
| 5= 75-5⋅14 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅14 +3⋅(75 -5⋅ 14)
= -1⋅14 +3⋅75 -15⋅ 14) = 3⋅75 -16⋅ 14 (=1) |
| 14= 89-1⋅75 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅75 -16⋅(89 -1⋅ 75)
= 3⋅75 -16⋅89 +16⋅ 75) = -16⋅89 +19⋅ 75 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,75)=1 = -16⋅89 +19⋅75
oder wenn man -16⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +16⋅89 = +19⋅75
Es gilt also: 19⋅75 = 16⋅89 +1
Somit 19⋅75 = 1 mod 89
19 ist also das Inverse von 75 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
