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: (3504 - 3500) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3504 - 3500) mod 7 ≡ (3504 mod 7 - 3500 mod 7) mod 7.
3504 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3504
= 3500
3500 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3500
= 3500
Somit gilt:
(3504 - 3500) mod 7 ≡ (4 - 0) mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 81) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(43 ⋅ 81) mod 11 ≡ (43 mod 11 ⋅ 81 mod 11) mod 11.
43 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 33 + 10 = 3 ⋅ 11 + 10 ist.
81 mod 11 ≡ 4 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 77 + 4 = 7 ⋅ 11 + 4 ist.
Somit gilt:
(43 ⋅ 81) mod 11 ≡ (10 ⋅ 4) mod 11 ≡ 40 mod 11 ≡ 7 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 9068 mod 929.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 906 -> x
2. mod(x²,929) -> 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: 9061=906
2: 9062=9061+1=9061⋅9061 ≡ 906⋅906=820836 ≡ 529 mod 929
4: 9064=9062+2=9062⋅9062 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 212 mod 929
8: 9068=9064+4=9064⋅9064 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 352 mod 929
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 653189 mod 827.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 189 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 189 an und zerlegen 189 in eine Summer von 2er-Potenzen:
189 = 128+32+16+8+4+1
1: 6531=653
2: 6532=6531+1=6531⋅6531 ≡ 653⋅653=426409 ≡ 504 mod 827
4: 6534=6532+2=6532⋅6532 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 127 mod 827
8: 6538=6534+4=6534⋅6534 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 416 mod 827
16: 65316=6538+8=6538⋅6538 ≡ 416⋅416=173056 ≡ 213 mod 827
32: 65332=65316+16=65316⋅65316 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 711 mod 827
64: 65364=65332+32=65332⋅65332 ≡ 711⋅711=505521 ≡ 224 mod 827
128: 653128=65364+64=65364⋅65364 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 556 mod 827
653189
= 653128+32+16+8+4+1
= 653128⋅65332⋅65316⋅6538⋅6534⋅6531
≡ 556 ⋅ 711 ⋅ 213 ⋅ 416 ⋅ 127 ⋅ 653 mod 827
≡ 395316 ⋅ 213 ⋅ 416 ⋅ 127 ⋅ 653 mod 827 ≡ 10 ⋅ 213 ⋅ 416 ⋅ 127 ⋅ 653 mod 827
≡ 2130 ⋅ 416 ⋅ 127 ⋅ 653 mod 827 ≡ 476 ⋅ 416 ⋅ 127 ⋅ 653 mod 827
≡ 198016 ⋅ 127 ⋅ 653 mod 827 ≡ 363 ⋅ 127 ⋅ 653 mod 827
≡ 46101 ⋅ 653 mod 827 ≡ 616 ⋅ 653 mod 827
≡ 402248 mod 827 ≡ 326 mod 827
Es gilt also: 653189 ≡ 326 mod 827
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 57.
Also bestimme x, so dass 57 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 57
| =>67 | = 1⋅57 + 10 |
| =>57 | = 5⋅10 + 7 |
| =>10 | = 1⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,57)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 10-1⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(10 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅10 +2⋅ 7) = -2⋅10 +3⋅ 7 (=1) |
| 7= 57-5⋅10 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅10 +3⋅(57 -5⋅ 10)
= -2⋅10 +3⋅57 -15⋅ 10) = 3⋅57 -17⋅ 10 (=1) |
| 10= 67-1⋅57 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅57 -17⋅(67 -1⋅ 57)
= 3⋅57 -17⋅67 +17⋅ 57) = -17⋅67 +20⋅ 57 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,57)=1 = -17⋅67 +20⋅57
oder wenn man -17⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +17⋅67 = +20⋅57
Es gilt also: 20⋅57 = 17⋅67 +1
Somit 20⋅57 = 1 mod 67
20 ist also das Inverse von 57 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
