Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (98 - 3605) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(98 - 3605) mod 9 ≡ (98 mod 9 - 3605 mod 9) mod 9.
98 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98
= 90
3605 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3605
= 3600
Somit gilt:
(98 - 3605) mod 9 ≡ (8 - 5) mod 9 ≡ 3 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (64 ⋅ 18) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(64 ⋅ 18) mod 6 ≡ (64 mod 6 ⋅ 18 mod 6) mod 6.
64 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 60 + 4 = 10 ⋅ 6 + 4 ist.
18 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 18 + 0 = 3 ⋅ 6 + 0 ist.
Somit gilt:
(64 ⋅ 18) mod 6 ≡ (4 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 39464 mod 971.
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. 394 -> x
2. mod(x²,971) -> 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: 3941=394
2: 3942=3941+1=3941⋅3941 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 847 mod 971
4: 3944=3942+2=3942⋅3942 ≡ 847⋅847=717409 ≡ 811 mod 971
8: 3948=3944+4=3944⋅3944 ≡ 811⋅811=657721 ≡ 354 mod 971
16: 39416=3948+8=3948⋅3948 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 57 mod 971
32: 39432=39416+16=39416⋅39416 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 336 mod 971
64: 39464=39432+32=39432⋅39432 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 260 mod 971
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 543109 mod 887.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 109 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 109 an und zerlegen 109 in eine Summer von 2er-Potenzen:
109 = 64+32+8+4+1
1: 5431=543
2: 5432=5431+1=5431⋅5431 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 365 mod 887
4: 5434=5432+2=5432⋅5432 ≡ 365⋅365=133225 ≡ 175 mod 887
8: 5438=5434+4=5434⋅5434 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 467 mod 887
16: 54316=5438+8=5438⋅5438 ≡ 467⋅467=218089 ≡ 774 mod 887
32: 54332=54316+16=54316⋅54316 ≡ 774⋅774=599076 ≡ 351 mod 887
64: 54364=54332+32=54332⋅54332 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 795 mod 887
543109
= 54364+32+8+4+1
= 54364⋅54332⋅5438⋅5434⋅5431
≡ 795 ⋅ 351 ⋅ 467 ⋅ 175 ⋅ 543 mod 887
≡ 279045 ⋅ 467 ⋅ 175 ⋅ 543 mod 887 ≡ 527 ⋅ 467 ⋅ 175 ⋅ 543 mod 887
≡ 246109 ⋅ 175 ⋅ 543 mod 887 ≡ 410 ⋅ 175 ⋅ 543 mod 887
≡ 71750 ⋅ 543 mod 887 ≡ 790 ⋅ 543 mod 887
≡ 428970 mod 887 ≡ 549 mod 887
Es gilt also: 543109 ≡ 549 mod 887
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 35.
Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 35
| =>101 | = 2⋅35 + 31 |
| =>35 | = 1⋅31 + 4 |
| =>31 | = 7⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,35)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 31-7⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(31 -7⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅31 +7⋅ 4) = -1⋅31 +8⋅ 4 (=1) |
| 4= 35-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅31 +8⋅(35 -1⋅ 31)
= -1⋅31 +8⋅35 -8⋅ 31) = 8⋅35 -9⋅ 31 (=1) |
| 31= 101-2⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 8⋅35 -9⋅(101 -2⋅ 35)
= 8⋅35 -9⋅101 +18⋅ 35) = -9⋅101 +26⋅ 35 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,35)=1 = -9⋅101 +26⋅35
oder wenn man -9⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅101 = +26⋅35
Es gilt also: 26⋅35 = 9⋅101 +1
Somit 26⋅35 = 1 mod 101
26 ist also das Inverse von 35 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
