Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3607 + 18000) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3607 + 18000) mod 9 ≡ (3607 mod 9 + 18000 mod 9) mod 9.
3607 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3607
= 3600
18000 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18000
= 18000
Somit gilt:
(3607 + 18000) mod 9 ≡ (7 + 0) mod 9 ≡ 7 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 83) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15 ⋅ 83) mod 9 ≡ (15 mod 9 ⋅ 83 mod 9) mod 9.
15 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 9 + 6 = 1 ⋅ 9 + 6 ist.
83 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 81 + 2 = 9 ⋅ 9 + 2 ist.
Somit gilt:
(15 ⋅ 83) mod 9 ≡ (6 ⋅ 2) mod 9 ≡ 12 mod 9 ≡ 3 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 68132 mod 991.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 681 -> x
2. mod(x²,991) -> 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: 6811=681
2: 6812=6811+1=6811⋅6811 ≡ 681⋅681=463761 ≡ 964 mod 991
4: 6814=6812+2=6812⋅6812 ≡ 964⋅964=929296 ≡ 729 mod 991
8: 6818=6814+4=6814⋅6814 ≡ 729⋅729=531441 ≡ 265 mod 991
16: 68116=6818+8=6818⋅6818 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 855 mod 991
32: 68132=68116+16=68116⋅68116 ≡ 855⋅855=731025 ≡ 658 mod 991
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 801179 mod 853.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 179 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 179 an und zerlegen 179 in eine Summer von 2er-Potenzen:
179 = 128+32+16+2+1
1: 8011=801
2: 8012=8011+1=8011⋅8011 ≡ 801⋅801=641601 ≡ 145 mod 853
4: 8014=8012+2=8012⋅8012 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 553 mod 853
8: 8018=8014+4=8014⋅8014 ≡ 553⋅553=305809 ≡ 435 mod 853
16: 80116=8018+8=8018⋅8018 ≡ 435⋅435=189225 ≡ 712 mod 853
32: 80132=80116+16=80116⋅80116 ≡ 712⋅712=506944 ≡ 262 mod 853
64: 80164=80132+32=80132⋅80132 ≡ 262⋅262=68644 ≡ 404 mod 853
128: 801128=80164+64=80164⋅80164 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 293 mod 853
801179
= 801128+32+16+2+1
= 801128⋅80132⋅80116⋅8012⋅8011
≡ 293 ⋅ 262 ⋅ 712 ⋅ 145 ⋅ 801 mod 853
≡ 76766 ⋅ 712 ⋅ 145 ⋅ 801 mod 853 ≡ 849 ⋅ 712 ⋅ 145 ⋅ 801 mod 853
≡ 604488 ⋅ 145 ⋅ 801 mod 853 ≡ 564 ⋅ 145 ⋅ 801 mod 853
≡ 81780 ⋅ 801 mod 853 ≡ 745 ⋅ 801 mod 853
≡ 596745 mod 853 ≡ 498 mod 853
Es gilt also: 801179 ≡ 498 mod 853
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 30.
Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 30
| =>67 | = 2⋅30 + 7 |
| =>30 | = 4⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,30)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 30-4⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(30 -4⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅30 +12⋅ 7) = -3⋅30 +13⋅ 7 (=1) |
| 7= 67-2⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅30 +13⋅(67 -2⋅ 30)
= -3⋅30 +13⋅67 -26⋅ 30) = 13⋅67 -29⋅ 30 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,30)=1 = 13⋅67 -29⋅30
oder wenn man 13⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅67 = -29⋅30
-29⋅30 = -13⋅67 + 1 |+67⋅30
-29⋅30 + 67⋅30 = -13⋅67 + 67⋅30 + 1
(-29 + 67) ⋅ 30 = (-13 + 30) ⋅ 67 + 1
38⋅30 = 17⋅67 + 1
Es gilt also: 38⋅30 = 17⋅67 +1
Somit 38⋅30 = 1 mod 67
38 ist also das Inverse von 30 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
