Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2401 + 30003) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2401 + 30003) mod 6 ≡ (2401 mod 6 + 30003 mod 6) mod 6.
2401 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2401
= 2400
30003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30003
= 30000
Somit gilt:
(2401 + 30003) mod 6 ≡ (1 + 3) mod 6 ≡ 4 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (81 ⋅ 78) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(81 ⋅ 78) mod 7 ≡ (81 mod 7 ⋅ 78 mod 7) mod 7.
81 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 77 + 4 = 11 ⋅ 7 + 4 ist.
78 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 77 + 1 = 11 ⋅ 7 + 1 ist.
Somit gilt:
(81 ⋅ 78) mod 7 ≡ (4 ⋅ 1) mod 7 ≡ 4 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 411128 mod 439.
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. 411 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 4111=411
2: 4112=4111+1=4111⋅4111 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 345 mod 439
4: 4114=4112+2=4112⋅4112 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 56 mod 439
8: 4118=4114+4=4114⋅4114 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 63 mod 439
16: 41116=4118+8=4118⋅4118 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 18 mod 439
32: 41132=41116+16=41116⋅41116 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 439
64: 41164=41132+32=41132⋅41132 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 55 mod 439
128: 411128=41164+64=41164⋅41164 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 391 mod 439
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 377248 mod 919.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:
248 = 128+64+32+16+8
1: 3771=377
2: 3772=3771+1=3771⋅3771 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 603 mod 919
4: 3774=3772+2=3772⋅3772 ≡ 603⋅603=363609 ≡ 604 mod 919
8: 3778=3774+4=3774⋅3774 ≡ 604⋅604=364816 ≡ 892 mod 919
16: 37716=3778+8=3778⋅3778 ≡ 892⋅892=795664 ≡ 729 mod 919
32: 37732=37716+16=37716⋅37716 ≡ 729⋅729=531441 ≡ 259 mod 919
64: 37764=37732+32=37732⋅37732 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 913 mod 919
128: 377128=37764+64=37764⋅37764 ≡ 913⋅913=833569 ≡ 36 mod 919
377248
= 377128+64+32+16+8
= 377128⋅37764⋅37732⋅37716⋅3778
≡ 36 ⋅ 913 ⋅ 259 ⋅ 729 ⋅ 892 mod 919
≡ 32868 ⋅ 259 ⋅ 729 ⋅ 892 mod 919 ≡ 703 ⋅ 259 ⋅ 729 ⋅ 892 mod 919
≡ 182077 ⋅ 729 ⋅ 892 mod 919 ≡ 115 ⋅ 729 ⋅ 892 mod 919
≡ 83835 ⋅ 892 mod 919 ≡ 206 ⋅ 892 mod 919
≡ 183752 mod 919 ≡ 871 mod 919
Es gilt also: 377248 ≡ 871 mod 919
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 84.
Also bestimme x, so dass 84 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 84
| =>101 | = 1⋅84 + 17 |
| =>84 | = 4⋅17 + 16 |
| =>17 | = 1⋅16 + 1 |
| =>16 | = 16⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,84)=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= 17-1⋅16 | |||
| 16= 84-4⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -1⋅(84 -4⋅ 17)
= 1⋅17 -1⋅84 +4⋅ 17) = -1⋅84 +5⋅ 17 (=1) |
| 17= 101-1⋅84 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅84 +5⋅(101 -1⋅ 84)
= -1⋅84 +5⋅101 -5⋅ 84) = 5⋅101 -6⋅ 84 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,84)=1 = 5⋅101 -6⋅84
oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅101 = -6⋅84
-6⋅84 = -5⋅101 + 1 |+101⋅84
-6⋅84 + 101⋅84 = -5⋅101 + 101⋅84 + 1
(-6 + 101) ⋅ 84 = (-5 + 84) ⋅ 101 + 1
95⋅84 = 79⋅101 + 1
Es gilt also: 95⋅84 = 79⋅101 +1
Somit 95⋅84 = 1 mod 101
95 ist also das Inverse von 84 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
