Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1792 - 1797) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1792 - 1797) mod 9 ≡ (1792 mod 9 - 1797 mod 9) mod 9.
1792 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1792
= 1800
1797 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1797
= 1800
Somit gilt:
(1792 - 1797) mod 9 ≡ (1 - 6) mod 9 ≡ -5 mod 9 ≡ 4 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (91 ⋅ 50) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(91 ⋅ 50) mod 8 ≡ (91 mod 8 ⋅ 50 mod 8) mod 8.
91 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 88 + 3 = 11 ⋅ 8 + 3 ist.
50 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 48 + 2 = 6 ⋅ 8 + 2 ist.
Somit gilt:
(91 ⋅ 50) mod 8 ≡ (3 ⋅ 2) mod 8 ≡ 6 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 161128 mod 337.
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. 161 -> x
2. mod(x²,337) -> 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: 1611=161
2: 1612=1611+1=1611⋅1611 ≡ 161⋅161=25921 ≡ 309 mod 337
4: 1614=1612+2=1612⋅1612 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 110 mod 337
8: 1618=1614+4=1614⋅1614 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 305 mod 337
16: 16116=1618+8=1618⋅1618 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 13 mod 337
32: 16132=16116+16=16116⋅16116 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 337
64: 16164=16132+32=16132⋅16132 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 253 mod 337
128: 161128=16164+64=16164⋅16164 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 316 mod 337
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 286155 mod 911.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 155 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 155 an und zerlegen 155 in eine Summer von 2er-Potenzen:
155 = 128+16+8+2+1
1: 2861=286
2: 2862=2861+1=2861⋅2861 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 717 mod 911
4: 2864=2862+2=2862⋅2862 ≡ 717⋅717=514089 ≡ 285 mod 911
8: 2868=2864+4=2864⋅2864 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 146 mod 911
16: 28616=2868+8=2868⋅2868 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 363 mod 911
32: 28632=28616+16=28616⋅28616 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 585 mod 911
64: 28664=28632+32=28632⋅28632 ≡ 585⋅585=342225 ≡ 600 mod 911
128: 286128=28664+64=28664⋅28664 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 155 mod 911
286155
= 286128+16+8+2+1
= 286128⋅28616⋅2868⋅2862⋅2861
≡ 155 ⋅ 363 ⋅ 146 ⋅ 717 ⋅ 286 mod 911
≡ 56265 ⋅ 146 ⋅ 717 ⋅ 286 mod 911 ≡ 694 ⋅ 146 ⋅ 717 ⋅ 286 mod 911
≡ 101324 ⋅ 717 ⋅ 286 mod 911 ≡ 203 ⋅ 717 ⋅ 286 mod 911
≡ 145551 ⋅ 286 mod 911 ≡ 702 ⋅ 286 mod 911
≡ 200772 mod 911 ≡ 352 mod 911
Es gilt also: 286155 ≡ 352 mod 911
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 44.
Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 44
| =>59 | = 1⋅44 + 15 |
| =>44 | = 2⋅15 + 14 |
| =>15 | = 1⋅14 + 1 |
| =>14 | = 14⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,44)=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= 15-1⋅14 | |||
| 14= 44-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -1⋅(44 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -1⋅44 +2⋅ 15) = -1⋅44 +3⋅ 15 (=1) |
| 15= 59-1⋅44 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅44 +3⋅(59 -1⋅ 44)
= -1⋅44 +3⋅59 -3⋅ 44) = 3⋅59 -4⋅ 44 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,44)=1 = 3⋅59 -4⋅44
oder wenn man 3⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -3⋅59 = -4⋅44
-4⋅44 = -3⋅59 + 1 |+59⋅44
-4⋅44 + 59⋅44 = -3⋅59 + 59⋅44 + 1
(-4 + 59) ⋅ 44 = (-3 + 44) ⋅ 59 + 1
55⋅44 = 41⋅59 + 1
Es gilt also: 55⋅44 = 41⋅59 +1
Somit 55⋅44 = 1 mod 59
55 ist also das Inverse von 44 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
