Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2996 + 17994) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2996 + 17994) mod 6 ≡ (2996 mod 6 + 17994 mod 6) mod 6.
2996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2996
= 3000
17994 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17994
= 18000
Somit gilt:
(2996 + 17994) mod 6 ≡ (2 + 0) mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 23) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(83 ⋅ 23) mod 10 ≡ (83 mod 10 ⋅ 23 mod 10) mod 10.
83 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80 + 3 = 8 ⋅ 10 + 3 ist.
23 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 20 + 3 = 2 ⋅ 10 + 3 ist.
Somit gilt:
(83 ⋅ 23) mod 10 ≡ (3 ⋅ 3) mod 10 ≡ 9 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 81616 mod 991.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 816 -> x
2. mod(x²,991) -> 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: 8161=816
2: 8162=8161+1=8161⋅8161 ≡ 816⋅816=665856 ≡ 895 mod 991
4: 8164=8162+2=8162⋅8162 ≡ 895⋅895=801025 ≡ 297 mod 991
8: 8168=8164+4=8164⋅8164 ≡ 297⋅297=88209 ≡ 10 mod 991
16: 81616=8168+8=8168⋅8168 ≡ 10⋅10=100 ≡ 100 mod 991
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 247213 mod 563.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 213 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 213 an und zerlegen 213 in eine Summer von 2er-Potenzen:
213 = 128+64+16+4+1
1: 2471=247
2: 2472=2471+1=2471⋅2471 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 205 mod 563
4: 2474=2472+2=2472⋅2472 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 363 mod 563
8: 2478=2474+4=2474⋅2474 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 27 mod 563
16: 24716=2478+8=2478⋅2478 ≡ 27⋅27=729 ≡ 166 mod 563
32: 24732=24716+16=24716⋅24716 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 532 mod 563
64: 24764=24732+32=24732⋅24732 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 398 mod 563
128: 247128=24764+64=24764⋅24764 ≡ 398⋅398=158404 ≡ 201 mod 563
247213
= 247128+64+16+4+1
= 247128⋅24764⋅24716⋅2474⋅2471
≡ 201 ⋅ 398 ⋅ 166 ⋅ 363 ⋅ 247 mod 563
≡ 79998 ⋅ 166 ⋅ 363 ⋅ 247 mod 563 ≡ 52 ⋅ 166 ⋅ 363 ⋅ 247 mod 563
≡ 8632 ⋅ 363 ⋅ 247 mod 563 ≡ 187 ⋅ 363 ⋅ 247 mod 563
≡ 67881 ⋅ 247 mod 563 ≡ 321 ⋅ 247 mod 563
≡ 79287 mod 563 ≡ 467 mod 563
Es gilt also: 247213 ≡ 467 mod 563
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 59
| =>101 | = 1⋅59 + 42 |
| =>59 | = 1⋅42 + 17 |
| =>42 | = 2⋅17 + 8 |
| =>17 | = 2⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,59)=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= 17-2⋅8 | |||
| 8= 42-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -2⋅(42 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅42 +4⋅ 17) = -2⋅42 +5⋅ 17 (=1) |
| 17= 59-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅42 +5⋅(59 -1⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅59 -5⋅ 42) = 5⋅59 -7⋅ 42 (=1) |
| 42= 101-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅59 -7⋅(101 -1⋅ 59)
= 5⋅59 -7⋅101 +7⋅ 59) = -7⋅101 +12⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,59)=1 = -7⋅101 +12⋅59
oder wenn man -7⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +7⋅101 = +12⋅59
Es gilt also: 12⋅59 = 7⋅101 +1
Somit 12⋅59 = 1 mod 101
12 ist also das Inverse von 59 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
