Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (14998 - 1197) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(14998 - 1197) mod 3 ≡ (14998 mod 3 - 1197 mod 3) mod 3.
14998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14998
= 15000
1197 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1197
= 1200
Somit gilt:
(14998 - 1197) mod 3 ≡ (1 - 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 99) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(18 ⋅ 99) mod 9 ≡ (18 mod 9 ⋅ 99 mod 9) mod 9.
18 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 18 + 0 = 2 ⋅ 9 + 0 ist.
99 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 99 + 0 = 11 ⋅ 9 + 0 ist.
Somit gilt:
(18 ⋅ 99) mod 9 ≡ (0 ⋅ 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 23864 mod 577.
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. 238 -> x
2. mod(x²,577) -> 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: 2381=238
2: 2382=2381+1=2381⋅2381 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 98 mod 577
4: 2384=2382+2=2382⋅2382 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 372 mod 577
8: 2388=2384+4=2384⋅2384 ≡ 372⋅372=138384 ≡ 481 mod 577
16: 23816=2388+8=2388⋅2388 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 561 mod 577
32: 23832=23816+16=23816⋅23816 ≡ 561⋅561=314721 ≡ 256 mod 577
64: 23864=23832+32=23832⋅23832 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 335 mod 577
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 347110 mod 743.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 110 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 110 an und zerlegen 110 in eine Summer von 2er-Potenzen:
110 = 64+32+8+4+2
1: 3471=347
2: 3472=3471+1=3471⋅3471 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 43 mod 743
4: 3474=3472+2=3472⋅3472 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 363 mod 743
8: 3478=3474+4=3474⋅3474 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 258 mod 743
16: 34716=3478+8=3478⋅3478 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 437 mod 743
32: 34732=34716+16=34716⋅34716 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 18 mod 743
64: 34764=34732+32=34732⋅34732 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 743
347110
= 34764+32+8+4+2
= 34764⋅34732⋅3478⋅3474⋅3472
≡ 324 ⋅ 18 ⋅ 258 ⋅ 363 ⋅ 43 mod 743
≡ 5832 ⋅ 258 ⋅ 363 ⋅ 43 mod 743 ≡ 631 ⋅ 258 ⋅ 363 ⋅ 43 mod 743
≡ 162798 ⋅ 363 ⋅ 43 mod 743 ≡ 81 ⋅ 363 ⋅ 43 mod 743
≡ 29403 ⋅ 43 mod 743 ≡ 426 ⋅ 43 mod 743
≡ 18318 mod 743 ≡ 486 mod 743
Es gilt also: 347110 ≡ 486 mod 743
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 75.
Also bestimme x, so dass 75 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 75
| =>89 | = 1⋅75 + 14 |
| =>75 | = 5⋅14 + 5 |
| =>14 | = 2⋅5 + 4 |
| =>5 | = 1⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,75)=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= 5-1⋅4 | |||
| 4= 14-2⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -1⋅(14 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅14 +2⋅ 5) = -1⋅14 +3⋅ 5 (=1) |
| 5= 75-5⋅14 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅14 +3⋅(75 -5⋅ 14)
= -1⋅14 +3⋅75 -15⋅ 14) = 3⋅75 -16⋅ 14 (=1) |
| 14= 89-1⋅75 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅75 -16⋅(89 -1⋅ 75)
= 3⋅75 -16⋅89 +16⋅ 75) = -16⋅89 +19⋅ 75 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,75)=1 = -16⋅89 +19⋅75
oder wenn man -16⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +16⋅89 = +19⋅75
Es gilt also: 19⋅75 = 16⋅89 +1
Somit 19⋅75 = 1 mod 89
19 ist also das Inverse von 75 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
