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: (122 - 897) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(122 - 897) mod 3 ≡ (122 mod 3 - 897 mod 3) mod 3.
122 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 122
= 120
897 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 897
= 900
Somit gilt:
(122 - 897) mod 3 ≡ (2 - 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (38 ⋅ 63) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(38 ⋅ 63) mod 11 ≡ (38 mod 11 ⋅ 63 mod 11) mod 11.
38 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 33 + 5 = 3 ⋅ 11 + 5 ist.
63 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 55 + 8 = 5 ⋅ 11 + 8 ist.
Somit gilt:
(38 ⋅ 63) mod 11 ≡ (5 ⋅ 8) mod 11 ≡ 40 mod 11 ≡ 7 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 38464 mod 769.
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. 384 -> x
2. mod(x²,769) -> 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: 3841=384
2: 3842=3841+1=3841⋅3841 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 577 mod 769
4: 3844=3842+2=3842⋅3842 ≡ 577⋅577=332929 ≡ 721 mod 769
8: 3848=3844+4=3844⋅3844 ≡ 721⋅721=519841 ≡ 766 mod 769
16: 38416=3848+8=3848⋅3848 ≡ 766⋅766=586756 ≡ 9 mod 769
32: 38432=38416+16=38416⋅38416 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 769
64: 38464=38432+32=38432⋅38432 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 409 mod 769
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 560173 mod 653.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 173 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 173 an und zerlegen 173 in eine Summer von 2er-Potenzen:
173 = 128+32+8+4+1
1: 5601=560
2: 5602=5601+1=5601⋅5601 ≡ 560⋅560=313600 ≡ 160 mod 653
4: 5604=5602+2=5602⋅5602 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 133 mod 653
8: 5608=5604+4=5604⋅5604 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 58 mod 653
16: 56016=5608+8=5608⋅5608 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 99 mod 653
32: 56032=56016+16=56016⋅56016 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 6 mod 653
64: 56064=56032+32=56032⋅56032 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 653
128: 560128=56064+64=56064⋅56064 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 643 mod 653
560173
= 560128+32+8+4+1
= 560128⋅56032⋅5608⋅5604⋅5601
≡ 643 ⋅ 6 ⋅ 58 ⋅ 133 ⋅ 560 mod 653
≡ 3858 ⋅ 58 ⋅ 133 ⋅ 560 mod 653 ≡ 593 ⋅ 58 ⋅ 133 ⋅ 560 mod 653
≡ 34394 ⋅ 133 ⋅ 560 mod 653 ≡ 438 ⋅ 133 ⋅ 560 mod 653
≡ 58254 ⋅ 560 mod 653 ≡ 137 ⋅ 560 mod 653
≡ 76720 mod 653 ≡ 319 mod 653
Es gilt also: 560173 ≡ 319 mod 653
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 40.
Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 40
| =>101 | = 2⋅40 + 21 |
| =>40 | = 1⋅21 + 19 |
| =>21 | = 1⋅19 + 2 |
| =>19 | = 9⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,40)=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= 21-1⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅19 -9⋅(21 -1⋅ 19)
= 1⋅19 -9⋅21 +9⋅ 19) = -9⋅21 +10⋅ 19 (=1) |
| 19= 40-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -9⋅21 +10⋅(40 -1⋅ 21)
= -9⋅21 +10⋅40 -10⋅ 21) = 10⋅40 -19⋅ 21 (=1) |
| 21= 101-2⋅40 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 10⋅40 -19⋅(101 -2⋅ 40)
= 10⋅40 -19⋅101 +38⋅ 40) = -19⋅101 +48⋅ 40 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,40)=1 = -19⋅101 +48⋅40
oder wenn man -19⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +19⋅101 = +48⋅40
Es gilt also: 48⋅40 = 19⋅101 +1
Somit 48⋅40 = 1 mod 101
48 ist also das Inverse von 40 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
