Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (8993 + 85) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(8993 + 85) mod 9 ≡ (8993 mod 9 + 85 mod 9) mod 9.
8993 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8993
= 9000
85 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85
= 90
Somit gilt:
(8993 + 85) mod 9 ≡ (2 + 4) mod 9 ≡ 6 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (64 ⋅ 31) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(64 ⋅ 31) mod 9 ≡ (64 mod 9 ⋅ 31 mod 9) mod 9.
64 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 63 + 1 = 7 ⋅ 9 + 1 ist.
31 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 27 + 4 = 3 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(64 ⋅ 31) mod 9 ≡ (1 ⋅ 4) mod 9 ≡ 4 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 5108 mod 587.
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. 510 -> x
2. mod(x²,587) -> 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: 5101=510
2: 5102=5101+1=5101⋅5101 ≡ 510⋅510=260100 ≡ 59 mod 587
4: 5104=5102+2=5102⋅5102 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 546 mod 587
8: 5108=5104+4=5104⋅5104 ≡ 546⋅546=298116 ≡ 507 mod 587
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 860255 mod 967.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 255 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 255 an und zerlegen 255 in eine Summer von 2er-Potenzen:
255 = 128+64+32+16+8+4+2+1
1: 8601=860
2: 8602=8601+1=8601⋅8601 ≡ 860⋅860=739600 ≡ 812 mod 967
4: 8604=8602+2=8602⋅8602 ≡ 812⋅812=659344 ≡ 817 mod 967
8: 8608=8604+4=8604⋅8604 ≡ 817⋅817=667489 ≡ 259 mod 967
16: 86016=8608+8=8608⋅8608 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 358 mod 967
32: 86032=86016+16=86016⋅86016 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 520 mod 967
64: 86064=86032+32=86032⋅86032 ≡ 520⋅520=270400 ≡ 607 mod 967
128: 860128=86064+64=86064⋅86064 ≡ 607⋅607=368449 ≡ 22 mod 967
860255
= 860128+64+32+16+8+4+2+1
= 860128⋅86064⋅86032⋅86016⋅8608⋅8604⋅8602⋅8601
≡ 22 ⋅ 607 ⋅ 520 ⋅ 358 ⋅ 259 ⋅ 817 ⋅ 812 ⋅ 860 mod 967
≡ 13354 ⋅ 520 ⋅ 358 ⋅ 259 ⋅ 817 ⋅ 812 ⋅ 860 mod 967 ≡ 783 ⋅ 520 ⋅ 358 ⋅ 259 ⋅ 817 ⋅ 812 ⋅ 860 mod 967
≡ 407160 ⋅ 358 ⋅ 259 ⋅ 817 ⋅ 812 ⋅ 860 mod 967 ≡ 53 ⋅ 358 ⋅ 259 ⋅ 817 ⋅ 812 ⋅ 860 mod 967
≡ 18974 ⋅ 259 ⋅ 817 ⋅ 812 ⋅ 860 mod 967 ≡ 601 ⋅ 259 ⋅ 817 ⋅ 812 ⋅ 860 mod 967
≡ 155659 ⋅ 817 ⋅ 812 ⋅ 860 mod 967 ≡ 939 ⋅ 817 ⋅ 812 ⋅ 860 mod 967
≡ 767163 ⋅ 812 ⋅ 860 mod 967 ≡ 332 ⋅ 812 ⋅ 860 mod 967
≡ 269584 ⋅ 860 mod 967 ≡ 758 ⋅ 860 mod 967
≡ 651880 mod 967 ≡ 122 mod 967
Es gilt also: 860255 ≡ 122 mod 967
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 77.
Also bestimme x, so dass 77 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 77
| =>89 | = 1⋅77 + 12 |
| =>77 | = 6⋅12 + 5 |
| =>12 | = 2⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,77)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 12-2⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5) = -2⋅12 +5⋅ 5 (=1) |
| 5= 77-6⋅12 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅12 +5⋅(77 -6⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅77 -30⋅ 12) = 5⋅77 -32⋅ 12 (=1) |
| 12= 89-1⋅77 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅77 -32⋅(89 -1⋅ 77)
= 5⋅77 -32⋅89 +32⋅ 77) = -32⋅89 +37⋅ 77 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,77)=1 = -32⋅89 +37⋅77
oder wenn man -32⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +32⋅89 = +37⋅77
Es gilt also: 37⋅77 = 32⋅89 +1
Somit 37⋅77 = 1 mod 89
37 ist also das Inverse von 77 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
