Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (246 + 1608) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(246 + 1608) mod 8 ≡ (246 mod 8 + 1608 mod 8) mod 8.
246 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 246
= 240
1608 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1608
= 1600
Somit gilt:
(246 + 1608) mod 8 ≡ (6 + 0) mod 8 ≡ 6 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (97 ⋅ 43) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(97 ⋅ 43) mod 3 ≡ (97 mod 3 ⋅ 43 mod 3) mod 3.
97 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 96 + 1 = 32 ⋅ 3 + 1 ist.
43 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 42 + 1 = 14 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(97 ⋅ 43) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 71764 mod 983.
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. 717 -> x
2. mod(x²,983) -> 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: 7171=717
2: 7172=7171+1=7171⋅7171 ≡ 717⋅717=514089 ≡ 963 mod 983
4: 7174=7172+2=7172⋅7172 ≡ 963⋅963=927369 ≡ 400 mod 983
8: 7178=7174+4=7174⋅7174 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 754 mod 983
16: 71716=7178+8=7178⋅7178 ≡ 754⋅754=568516 ≡ 342 mod 983
32: 71732=71716+16=71716⋅71716 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 970 mod 983
64: 71764=71732+32=71732⋅71732 ≡ 970⋅970=940900 ≡ 169 mod 983
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 456232 mod 653.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 232 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 232 an und zerlegen 232 in eine Summer von 2er-Potenzen:
232 = 128+64+32+8
1: 4561=456
2: 4562=4561+1=4561⋅4561 ≡ 456⋅456=207936 ≡ 282 mod 653
4: 4564=4562+2=4562⋅4562 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 511 mod 653
8: 4568=4564+4=4564⋅4564 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 574 mod 653
16: 45616=4568+8=4568⋅4568 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 364 mod 653
32: 45632=45616+16=45616⋅45616 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 590 mod 653
64: 45664=45632+32=45632⋅45632 ≡ 590⋅590=348100 ≡ 51 mod 653
128: 456128=45664+64=45664⋅45664 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 642 mod 653
456232
= 456128+64+32+8
= 456128⋅45664⋅45632⋅4568
≡ 642 ⋅ 51 ⋅ 590 ⋅ 574 mod 653
≡ 32742 ⋅ 590 ⋅ 574 mod 653 ≡ 92 ⋅ 590 ⋅ 574 mod 653
≡ 54280 ⋅ 574 mod 653 ≡ 81 ⋅ 574 mod 653
≡ 46494 mod 653 ≡ 131 mod 653
Es gilt also: 456232 ≡ 131 mod 653
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 36.
Also bestimme x, so dass 36 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 36
| =>89 | = 2⋅36 + 17 |
| =>36 | = 2⋅17 + 2 |
| =>17 | = 8⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,36)=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= 17-8⋅2 | |||
| 2= 36-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17) = -8⋅36 +17⋅ 17 (=1) |
| 17= 89-2⋅36 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -8⋅36 +17⋅(89 -2⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅89 -34⋅ 36) = 17⋅89 -42⋅ 36 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,36)=1 = 17⋅89 -42⋅36
oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -17⋅89 = -42⋅36
-42⋅36 = -17⋅89 + 1 |+89⋅36
-42⋅36 + 89⋅36 = -17⋅89 + 89⋅36 + 1
(-42 + 89) ⋅ 36 = (-17 + 36) ⋅ 89 + 1
47⋅36 = 19⋅89 + 1
Es gilt also: 47⋅36 = 19⋅89 +1
Somit 47⋅36 = 1 mod 89
47 ist also das Inverse von 36 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
