Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (23996 - 23993) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23996 - 23993) mod 8 ≡ (23996 mod 8 - 23993 mod 8) mod 8.
23996 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23996
= 23000
23993 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23993
= 23000
Somit gilt:
(23996 - 23993) mod 8 ≡ (4 - 1) mod 8 ≡ 3 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (89 ⋅ 17) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(89 ⋅ 17) mod 11 ≡ (89 mod 11 ⋅ 17 mod 11) mod 11.
89 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 88 + 1 = 8 ⋅ 11 + 1 ist.
17 mod 11 ≡ 6 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 11 + 6 = 1 ⋅ 11 + 6 ist.
Somit gilt:
(89 ⋅ 17) mod 11 ≡ (1 ⋅ 6) mod 11 ≡ 6 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 75964 mod 827.
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. 759 -> x
2. mod(x²,827) -> 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: 7591=759
2: 7592=7591+1=7591⋅7591 ≡ 759⋅759=576081 ≡ 489 mod 827
4: 7594=7592+2=7592⋅7592 ≡ 489⋅489=239121 ≡ 118 mod 827
8: 7598=7594+4=7594⋅7594 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 692 mod 827
16: 75916=7598+8=7598⋅7598 ≡ 692⋅692=478864 ≡ 31 mod 827
32: 75932=75916+16=75916⋅75916 ≡ 31⋅31=961 ≡ 134 mod 827
64: 75964=75932+32=75932⋅75932 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 589 mod 827
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 87190 mod 229.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 190 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 190 an und zerlegen 190 in eine Summer von 2er-Potenzen:
190 = 128+32+16+8+4+2
1: 871=87
2: 872=871+1=871⋅871 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 12 mod 229
4: 874=872+2=872⋅872 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 229
8: 878=874+4=874⋅874 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 126 mod 229
16: 8716=878+8=878⋅878 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 75 mod 229
32: 8732=8716+16=8716⋅8716 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 129 mod 229
64: 8764=8732+32=8732⋅8732 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 153 mod 229
128: 87128=8764+64=8764⋅8764 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 51 mod 229
87190
= 87128+32+16+8+4+2
= 87128⋅8732⋅8716⋅878⋅874⋅872
≡ 51 ⋅ 129 ⋅ 75 ⋅ 126 ⋅ 144 ⋅ 12 mod 229
≡ 6579 ⋅ 75 ⋅ 126 ⋅ 144 ⋅ 12 mod 229 ≡ 167 ⋅ 75 ⋅ 126 ⋅ 144 ⋅ 12 mod 229
≡ 12525 ⋅ 126 ⋅ 144 ⋅ 12 mod 229 ≡ 159 ⋅ 126 ⋅ 144 ⋅ 12 mod 229
≡ 20034 ⋅ 144 ⋅ 12 mod 229 ≡ 111 ⋅ 144 ⋅ 12 mod 229
≡ 15984 ⋅ 12 mod 229 ≡ 183 ⋅ 12 mod 229
≡ 2196 mod 229 ≡ 135 mod 229
Es gilt also: 87190 ≡ 135 mod 229
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 59
| =>83 | = 1⋅59 + 24 |
| =>59 | = 2⋅24 + 11 |
| =>24 | = 2⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,59)=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= 11-5⋅2 | |||
| 2= 24-2⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(24 -2⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅24 +10⋅ 11) = -5⋅24 +11⋅ 11 (=1) |
| 11= 59-2⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅24 +11⋅(59 -2⋅ 24)
= -5⋅24 +11⋅59 -22⋅ 24) = 11⋅59 -27⋅ 24 (=1) |
| 24= 83-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 11⋅59 -27⋅(83 -1⋅ 59)
= 11⋅59 -27⋅83 +27⋅ 59) = -27⋅83 +38⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,59)=1 = -27⋅83 +38⋅59
oder wenn man -27⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +27⋅83 = +38⋅59
Es gilt also: 38⋅59 = 27⋅83 +1
Somit 38⋅59 = 1 mod 83
38 ist also das Inverse von 59 mod 83
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.
