Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3500 + 2794) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3500 + 2794) mod 7 ≡ (3500 mod 7 + 2794 mod 7) mod 7.
3500 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3500
= 3500
2794 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2794
= 2800
Somit gilt:
(3500 + 2794) mod 7 ≡ (0 + 1) mod 7 ≡ 1 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 70) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(93 ⋅ 70) mod 7 ≡ (93 mod 7 ⋅ 70 mod 7) mod 7.
93 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 91 + 2 = 13 ⋅ 7 + 2 ist.
70 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 10 ⋅ 7 + 0 ist.
Somit gilt:
(93 ⋅ 70) mod 7 ≡ (2 ⋅ 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 25764 mod 337.
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. 257 -> 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: 2571=257
2: 2572=2571+1=2571⋅2571 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 334 mod 337
4: 2574=2572+2=2572⋅2572 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 9 mod 337
8: 2578=2574+4=2574⋅2574 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 337
16: 25716=2578+8=2578⋅2578 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 158 mod 337
32: 25732=25716+16=25716⋅25716 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 26 mod 337
64: 25764=25732+32=25732⋅25732 ≡ 26⋅26=676 ≡ 2 mod 337
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 86793 mod 1009.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 93 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 93 an und zerlegen 93 in eine Summer von 2er-Potenzen:
93 = 64+16+8+4+1
1: 8671=867
2: 8672=8671+1=8671⋅8671 ≡ 867⋅867=751689 ≡ 993 mod 1009
4: 8674=8672+2=8672⋅8672 ≡ 993⋅993=986049 ≡ 256 mod 1009
8: 8678=8674+4=8674⋅8674 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 960 mod 1009
16: 86716=8678+8=8678⋅8678 ≡ 960⋅960=921600 ≡ 383 mod 1009
32: 86732=86716+16=86716⋅86716 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 384 mod 1009
64: 86764=86732+32=86732⋅86732 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 142 mod 1009
86793
= 86764+16+8+4+1
= 86764⋅86716⋅8678⋅8674⋅8671
≡ 142 ⋅ 383 ⋅ 960 ⋅ 256 ⋅ 867 mod 1009
≡ 54386 ⋅ 960 ⋅ 256 ⋅ 867 mod 1009 ≡ 909 ⋅ 960 ⋅ 256 ⋅ 867 mod 1009
≡ 872640 ⋅ 256 ⋅ 867 mod 1009 ≡ 864 ⋅ 256 ⋅ 867 mod 1009
≡ 221184 ⋅ 867 mod 1009 ≡ 213 ⋅ 867 mod 1009
≡ 184671 mod 1009 ≡ 24 mod 1009
Es gilt also: 86793 ≡ 24 mod 1009
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 48.
Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 48
| =>59 | = 1⋅48 + 11 |
| =>48 | = 4⋅11 + 4 |
| =>11 | = 2⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,48)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 11-2⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(11 -2⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅11 +2⋅ 4) = -1⋅11 +3⋅ 4 (=1) |
| 4= 48-4⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅11 +3⋅(48 -4⋅ 11)
= -1⋅11 +3⋅48 -12⋅ 11) = 3⋅48 -13⋅ 11 (=1) |
| 11= 59-1⋅48 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅48 -13⋅(59 -1⋅ 48)
= 3⋅48 -13⋅59 +13⋅ 48) = -13⋅59 +16⋅ 48 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,48)=1 = -13⋅59 +16⋅48
oder wenn man -13⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅59 = +16⋅48
Es gilt also: 16⋅48 = 13⋅59 +1
Somit 16⋅48 = 1 mod 59
16 ist also das Inverse von 48 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
