Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (601 - 14998) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(601 - 14998) mod 3 ≡ (601 mod 3 - 14998 mod 3) mod 3.
601 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 601
= 600
14998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14998
= 15000
Somit gilt:
(601 - 14998) mod 3 ≡ (1 - 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (66 ⋅ 64) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(66 ⋅ 64) mod 6 ≡ (66 mod 6 ⋅ 64 mod 6) mod 6.
66 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 66 + 0 = 11 ⋅ 6 + 0 ist.
64 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 60 + 4 = 10 ⋅ 6 + 4 ist.
Somit gilt:
(66 ⋅ 64) mod 6 ≡ (0 ⋅ 4) mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 18364 mod 491.
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. 183 -> x
2. mod(x²,491) -> 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: 1831=183
2: 1832=1831+1=1831⋅1831 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 101 mod 491
4: 1834=1832+2=1832⋅1832 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 381 mod 491
8: 1838=1834+4=1834⋅1834 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 316 mod 491
16: 18316=1838+8=1838⋅1838 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 183 mod 491
32: 18332=18316+16=18316⋅18316 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 101 mod 491
64: 18364=18332+32=18332⋅18332 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 381 mod 491
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 563245 mod 907.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:
245 = 128+64+32+16+4+1
1: 5631=563
2: 5632=5631+1=5631⋅5631 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 426 mod 907
4: 5634=5632+2=5632⋅5632 ≡ 426⋅426=181476 ≡ 76 mod 907
8: 5638=5634+4=5634⋅5634 ≡ 76⋅76=5776 ≡ 334 mod 907
16: 56316=5638+8=5638⋅5638 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 902 mod 907
32: 56332=56316+16=56316⋅56316 ≡ 902⋅902=813604 ≡ 25 mod 907
64: 56364=56332+32=56332⋅56332 ≡ 25⋅25=625 ≡ 625 mod 907
128: 563128=56364+64=56364⋅56364 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 615 mod 907
563245
= 563128+64+32+16+4+1
= 563128⋅56364⋅56332⋅56316⋅5634⋅5631
≡ 615 ⋅ 625 ⋅ 25 ⋅ 902 ⋅ 76 ⋅ 563 mod 907
≡ 384375 ⋅ 25 ⋅ 902 ⋅ 76 ⋅ 563 mod 907 ≡ 714 ⋅ 25 ⋅ 902 ⋅ 76 ⋅ 563 mod 907
≡ 17850 ⋅ 902 ⋅ 76 ⋅ 563 mod 907 ≡ 617 ⋅ 902 ⋅ 76 ⋅ 563 mod 907
≡ 556534 ⋅ 76 ⋅ 563 mod 907 ≡ 543 ⋅ 76 ⋅ 563 mod 907
≡ 41268 ⋅ 563 mod 907 ≡ 453 ⋅ 563 mod 907
≡ 255039 mod 907 ≡ 172 mod 907
Es gilt also: 563245 ≡ 172 mod 907
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 24.
Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 24
| =>59 | = 2⋅24 + 11 |
| =>24 | = 2⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,24)=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= 11-5⋅2 | |||
| 2= 24-2⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(24 -2⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅24 +10⋅ 11) = -5⋅24 +11⋅ 11 (=1) |
| 11= 59-2⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅24 +11⋅(59 -2⋅ 24)
= -5⋅24 +11⋅59 -22⋅ 24) = 11⋅59 -27⋅ 24 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,24)=1 = 11⋅59 -27⋅24
oder wenn man 11⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅59 = -27⋅24
-27⋅24 = -11⋅59 + 1 |+59⋅24
-27⋅24 + 59⋅24 = -11⋅59 + 59⋅24 + 1
(-27 + 59) ⋅ 24 = (-11 + 24) ⋅ 59 + 1
32⋅24 = 13⋅59 + 1
Es gilt also: 32⋅24 = 13⋅59 +1
Somit 32⋅24 = 1 mod 59
32 ist also das Inverse von 24 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
