Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (598 + 297) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(598 + 297) mod 3 ≡ (598 mod 3 + 297 mod 3) mod 3.
598 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 598
= 600
297 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 297
= 300
Somit gilt:
(598 + 297) mod 3 ≡ (1 + 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (59 ⋅ 93) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(59 ⋅ 93) mod 9 ≡ (59 mod 9 ⋅ 93 mod 9) mod 9.
59 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 54 + 5 = 6 ⋅ 9 + 5 ist.
93 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 10 ⋅ 9 + 3 ist.
Somit gilt:
(59 ⋅ 93) mod 9 ≡ (5 ⋅ 3) mod 9 ≡ 15 mod 9 ≡ 6 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 458128 mod 601.
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. 458 -> x
2. mod(x²,601) -> 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: 4581=458
2: 4582=4581+1=4581⋅4581 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 15 mod 601
4: 4584=4582+2=4582⋅4582 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 601
8: 4588=4584+4=4584⋅4584 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 141 mod 601
16: 45816=4588+8=4588⋅4588 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 48 mod 601
32: 45832=45816+16=45816⋅45816 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 501 mod 601
64: 45864=45832+32=45832⋅45832 ≡ 501⋅501=251001 ≡ 384 mod 601
128: 458128=45864+64=45864⋅45864 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 211 mod 601
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 670147 mod 977.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 147 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 147 an und zerlegen 147 in eine Summer von 2er-Potenzen:
147 = 128+16+2+1
1: 6701=670
2: 6702=6701+1=6701⋅6701 ≡ 670⋅670=448900 ≡ 457 mod 977
4: 6704=6702+2=6702⋅6702 ≡ 457⋅457=208849 ≡ 748 mod 977
8: 6708=6704+4=6704⋅6704 ≡ 748⋅748=559504 ≡ 660 mod 977
16: 67016=6708+8=6708⋅6708 ≡ 660⋅660=435600 ≡ 835 mod 977
32: 67032=67016+16=67016⋅67016 ≡ 835⋅835=697225 ≡ 624 mod 977
64: 67064=67032+32=67032⋅67032 ≡ 624⋅624=389376 ≡ 530 mod 977
128: 670128=67064+64=67064⋅67064 ≡ 530⋅530=280900 ≡ 501 mod 977
670147
= 670128+16+2+1
= 670128⋅67016⋅6702⋅6701
≡ 501 ⋅ 835 ⋅ 457 ⋅ 670 mod 977
≡ 418335 ⋅ 457 ⋅ 670 mod 977 ≡ 179 ⋅ 457 ⋅ 670 mod 977
≡ 81803 ⋅ 670 mod 977 ≡ 712 ⋅ 670 mod 977
≡ 477040 mod 977 ≡ 264 mod 977
Es gilt also: 670147 ≡ 264 mod 977
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 30.
Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 30
| =>97 | = 3⋅30 + 7 |
| =>30 | = 4⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,30)=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= 97-3⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅30 +13⋅(97 -3⋅ 30)
= -3⋅30 +13⋅97 -39⋅ 30) = 13⋅97 -42⋅ 30 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,30)=1 = 13⋅97 -42⋅30
oder wenn man 13⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅97 = -42⋅30
-42⋅30 = -13⋅97 + 1 |+97⋅30
-42⋅30 + 97⋅30 = -13⋅97 + 97⋅30 + 1
(-42 + 97) ⋅ 30 = (-13 + 30) ⋅ 97 + 1
55⋅30 = 17⋅97 + 1
Es gilt also: 55⋅30 = 17⋅97 +1
Somit 55⋅30 = 1 mod 97
55 ist also das Inverse von 30 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
