Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (79 - 15999) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(79 - 15999) mod 4 ≡ (79 mod 4 - 15999 mod 4) mod 4.
79 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79
= 80
15999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15999
= 15000
Somit gilt:
(79 - 15999) mod 4 ≡ (3 - 3) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (72 ⋅ 65) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(72 ⋅ 65) mod 10 ≡ (72 mod 10 ⋅ 65 mod 10) mod 10.
72 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 70 + 2 = 7 ⋅ 10 + 2 ist.
65 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 60 + 5 = 6 ⋅ 10 + 5 ist.
Somit gilt:
(72 ⋅ 65) mod 10 ≡ (2 ⋅ 5) mod 10 ≡ 10 mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 8738 mod 977.
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. 873 -> x
2. mod(x²,977) -> 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: 8731=873
2: 8732=8731+1=8731⋅8731 ≡ 873⋅873=762129 ≡ 69 mod 977
4: 8734=8732+2=8732⋅8732 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 853 mod 977
8: 8738=8734+4=8734⋅8734 ≡ 853⋅853=727609 ≡ 721 mod 977
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 314207 mod 509.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 207 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 207 an und zerlegen 207 in eine Summer von 2er-Potenzen:
207 = 128+64+8+4+2+1
1: 3141=314
2: 3142=3141+1=3141⋅3141 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 359 mod 509
4: 3144=3142+2=3142⋅3142 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 104 mod 509
8: 3148=3144+4=3144⋅3144 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 127 mod 509
16: 31416=3148+8=3148⋅3148 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 350 mod 509
32: 31432=31416+16=31416⋅31416 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 340 mod 509
64: 31464=31432+32=31432⋅31432 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 57 mod 509
128: 314128=31464+64=31464⋅31464 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 195 mod 509
314207
= 314128+64+8+4+2+1
= 314128⋅31464⋅3148⋅3144⋅3142⋅3141
≡ 195 ⋅ 57 ⋅ 127 ⋅ 104 ⋅ 359 ⋅ 314 mod 509
≡ 11115 ⋅ 127 ⋅ 104 ⋅ 359 ⋅ 314 mod 509 ≡ 426 ⋅ 127 ⋅ 104 ⋅ 359 ⋅ 314 mod 509
≡ 54102 ⋅ 104 ⋅ 359 ⋅ 314 mod 509 ≡ 148 ⋅ 104 ⋅ 359 ⋅ 314 mod 509
≡ 15392 ⋅ 359 ⋅ 314 mod 509 ≡ 122 ⋅ 359 ⋅ 314 mod 509
≡ 43798 ⋅ 314 mod 509 ≡ 24 ⋅ 314 mod 509
≡ 7536 mod 509 ≡ 410 mod 509
Es gilt also: 314207 ≡ 410 mod 509
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 33.
Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 33
| =>89 | = 2⋅33 + 23 |
| =>33 | = 1⋅23 + 10 |
| =>23 | = 2⋅10 + 3 |
| =>10 | = 3⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,33)=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= 10-3⋅3 | |||
| 3= 23-2⋅10 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅10 -3⋅(23 -2⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅23 +6⋅ 10) = -3⋅23 +7⋅ 10 (=1) |
| 10= 33-1⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅23 +7⋅(33 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +7⋅33 -7⋅ 23) = 7⋅33 -10⋅ 23 (=1) |
| 23= 89-2⋅33 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅33 -10⋅(89 -2⋅ 33)
= 7⋅33 -10⋅89 +20⋅ 33) = -10⋅89 +27⋅ 33 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,33)=1 = -10⋅89 +27⋅33
oder wenn man -10⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +10⋅89 = +27⋅33
Es gilt also: 27⋅33 = 10⋅89 +1
Somit 27⋅33 = 1 mod 89
27 ist also das Inverse von 33 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
