Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (897 + 18007) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(897 + 18007) mod 9 ≡ (897 mod 9 + 18007 mod 9) mod 9.
897 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 897
= 900
18007 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18007
= 18000
Somit gilt:
(897 + 18007) mod 9 ≡ (6 + 7) mod 9 ≡ 13 mod 9 ≡ 4 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (97 ⋅ 79) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(97 ⋅ 79) mod 11 ≡ (97 mod 11 ⋅ 79 mod 11) mod 11.
97 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 88 + 9 = 8 ⋅ 11 + 9 ist.
79 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 77 + 2 = 7 ⋅ 11 + 2 ist.
Somit gilt:
(97 ⋅ 79) mod 11 ≡ (9 ⋅ 2) mod 11 ≡ 18 mod 11 ≡ 7 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 490128 mod 701.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 490 -> x
2. mod(x²,701) -> 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: 4901=490
2: 4902=4901+1=4901⋅4901 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 358 mod 701
4: 4904=4902+2=4902⋅4902 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 582 mod 701
8: 4908=4904+4=4904⋅4904 ≡ 582⋅582=338724 ≡ 141 mod 701
16: 49016=4908+8=4908⋅4908 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 253 mod 701
32: 49032=49016+16=49016⋅49016 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 218 mod 701
64: 49064=49032+32=49032⋅49032 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 557 mod 701
128: 490128=49064+64=49064⋅49064 ≡ 557⋅557=310249 ≡ 407 mod 701
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 460133 mod 599.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 133 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 133 an und zerlegen 133 in eine Summer von 2er-Potenzen:
133 = 128+4+1
1: 4601=460
2: 4602=4601+1=4601⋅4601 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 153 mod 599
4: 4604=4602+2=4602⋅4602 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 48 mod 599
8: 4608=4604+4=4604⋅4604 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 507 mod 599
16: 46016=4608+8=4608⋅4608 ≡ 507⋅507=257049 ≡ 78 mod 599
32: 46032=46016+16=46016⋅46016 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 94 mod 599
64: 46064=46032+32=46032⋅46032 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 450 mod 599
128: 460128=46064+64=46064⋅46064 ≡ 450⋅450=202500 ≡ 38 mod 599
460133
= 460128+4+1
= 460128⋅4604⋅4601
≡ 38 ⋅ 48 ⋅ 460 mod 599
≡ 1824 ⋅ 460 mod 599 ≡ 27 ⋅ 460 mod 599
≡ 12420 mod 599 ≡ 440 mod 599
Es gilt also: 460133 ≡ 440 mod 599
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 40.
Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 40
| =>59 | = 1⋅40 + 19 |
| =>40 | = 2⋅19 + 2 |
| =>19 | = 9⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,40)=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= 19-9⋅2 | |||
| 2= 40-2⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅19 -9⋅(40 -2⋅ 19)
= 1⋅19 -9⋅40 +18⋅ 19) = -9⋅40 +19⋅ 19 (=1) |
| 19= 59-1⋅40 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -9⋅40 +19⋅(59 -1⋅ 40)
= -9⋅40 +19⋅59 -19⋅ 40) = 19⋅59 -28⋅ 40 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,40)=1 = 19⋅59 -28⋅40
oder wenn man 19⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -19⋅59 = -28⋅40
-28⋅40 = -19⋅59 + 1 |+59⋅40
-28⋅40 + 59⋅40 = -19⋅59 + 59⋅40 + 1
(-28 + 59) ⋅ 40 = (-19 + 40) ⋅ 59 + 1
31⋅40 = 21⋅59 + 1
Es gilt also: 31⋅40 = 21⋅59 +1
Somit 31⋅40 = 1 mod 59
31 ist also das Inverse von 40 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
