Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (17991 - 3594) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17991 - 3594) mod 9 ≡ (17991 mod 9 - 3594 mod 9) mod 9.
17991 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17991
= 18000
3594 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3594
= 3600
Somit gilt:
(17991 - 3594) mod 9 ≡ (0 - 3) mod 9 ≡ -3 mod 9 ≡ 6 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 74) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(43 ⋅ 74) mod 5 ≡ (43 mod 5 ⋅ 74 mod 5) mod 5.
43 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 40 + 3 = 8 ⋅ 5 + 3 ist.
74 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 70 + 4 = 14 ⋅ 5 + 4 ist.
Somit gilt:
(43 ⋅ 74) mod 5 ≡ (3 ⋅ 4) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 26116 mod 353.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 261 -> x
2. mod(x²,353) -> 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: 2611=261
2: 2612=2611+1=2611⋅2611 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 345 mod 353
4: 2614=2612+2=2612⋅2612 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 64 mod 353
8: 2618=2614+4=2614⋅2614 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 213 mod 353
16: 26116=2618+8=2618⋅2618 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 185 mod 353
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 344249 mod 883.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 249 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 249 an und zerlegen 249 in eine Summer von 2er-Potenzen:
249 = 128+64+32+16+8+1
1: 3441=344
2: 3442=3441+1=3441⋅3441 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 14 mod 883
4: 3444=3442+2=3442⋅3442 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 883
8: 3448=3444+4=3444⋅3444 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 447 mod 883
16: 34416=3448+8=3448⋅3448 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 251 mod 883
32: 34432=34416+16=34416⋅34416 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 308 mod 883
64: 34464=34432+32=34432⋅34432 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 383 mod 883
128: 344128=34464+64=34464⋅34464 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 111 mod 883
344249
= 344128+64+32+16+8+1
= 344128⋅34464⋅34432⋅34416⋅3448⋅3441
≡ 111 ⋅ 383 ⋅ 308 ⋅ 251 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883
≡ 42513 ⋅ 308 ⋅ 251 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883 ≡ 129 ⋅ 308 ⋅ 251 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883
≡ 39732 ⋅ 251 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883 ≡ 880 ⋅ 251 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883
≡ 220880 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883 ≡ 130 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883
≡ 58110 ⋅ 344 mod 883 ≡ 715 ⋅ 344 mod 883
≡ 245960 mod 883 ≡ 486 mod 883
Es gilt also: 344249 ≡ 486 mod 883
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 45
| =>59 | = 1⋅45 + 14 |
| =>45 | = 3⋅14 + 3 |
| =>14 | = 4⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,45)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 14-4⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(14 -4⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅14 +4⋅ 3) = -1⋅14 +5⋅ 3 (=1) |
| 3= 45-3⋅14 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅14 +5⋅(45 -3⋅ 14)
= -1⋅14 +5⋅45 -15⋅ 14) = 5⋅45 -16⋅ 14 (=1) |
| 14= 59-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅45 -16⋅(59 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -16⋅59 +16⋅ 45) = -16⋅59 +21⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,45)=1 = -16⋅59 +21⋅45
oder wenn man -16⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +16⋅59 = +21⋅45
Es gilt also: 21⋅45 = 16⋅59 +1
Somit 21⋅45 = 1 mod 59
21 ist also das Inverse von 45 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
