Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (58 + 8999) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(58 + 8999) mod 3 ≡ (58 mod 3 + 8999 mod 3) mod 3.
58 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58
= 60
8999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8999
= 9000
Somit gilt:
(58 + 8999) mod 3 ≡ (1 + 2) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 46) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(34 ⋅ 46) mod 4 ≡ (34 mod 4 ⋅ 46 mod 4) mod 4.
34 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 32 + 2 = 8 ⋅ 4 + 2 ist.
46 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 44 + 2 = 11 ⋅ 4 + 2 ist.
Somit gilt:
(34 ⋅ 46) mod 4 ≡ (2 ⋅ 2) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 8438 mod 929.
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. 843 -> x
2. mod(x²,929) -> 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: 8431=843
2: 8432=8431+1=8431⋅8431 ≡ 843⋅843=710649 ≡ 893 mod 929
4: 8434=8432+2=8432⋅8432 ≡ 893⋅893=797449 ≡ 367 mod 929
8: 8438=8434+4=8434⋅8434 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 913 mod 929
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 92127 mod 223.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 127 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 127 an und zerlegen 127 in eine Summer von 2er-Potenzen:
127 = 64+32+16+8+4+2+1
1: 921=92
2: 922=921+1=921⋅921 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 213 mod 223
4: 924=922+2=922⋅922 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 100 mod 223
8: 928=924+4=924⋅924 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 188 mod 223
16: 9216=928+8=928⋅928 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 110 mod 223
32: 9232=9216+16=9216⋅9216 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 58 mod 223
64: 9264=9232+32=9232⋅9232 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 19 mod 223
92127
= 9264+32+16+8+4+2+1
= 9264⋅9232⋅9216⋅928⋅924⋅922⋅921
≡ 19 ⋅ 58 ⋅ 110 ⋅ 188 ⋅ 100 ⋅ 213 ⋅ 92 mod 223
≡ 1102 ⋅ 110 ⋅ 188 ⋅ 100 ⋅ 213 ⋅ 92 mod 223 ≡ 210 ⋅ 110 ⋅ 188 ⋅ 100 ⋅ 213 ⋅ 92 mod 223
≡ 23100 ⋅ 188 ⋅ 100 ⋅ 213 ⋅ 92 mod 223 ≡ 131 ⋅ 188 ⋅ 100 ⋅ 213 ⋅ 92 mod 223
≡ 24628 ⋅ 100 ⋅ 213 ⋅ 92 mod 223 ≡ 98 ⋅ 100 ⋅ 213 ⋅ 92 mod 223
≡ 9800 ⋅ 213 ⋅ 92 mod 223 ≡ 211 ⋅ 213 ⋅ 92 mod 223
≡ 44943 ⋅ 92 mod 223 ≡ 120 ⋅ 92 mod 223
≡ 11040 mod 223 ≡ 113 mod 223
Es gilt also: 92127 ≡ 113 mod 223
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 24.
Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 24
| =>79 | = 3⋅24 + 7 |
| =>24 | = 3⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,24)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 24-3⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(24 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅24 +6⋅ 7) = -2⋅24 +7⋅ 7 (=1) |
| 7= 79-3⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅24 +7⋅(79 -3⋅ 24)
= -2⋅24 +7⋅79 -21⋅ 24) = 7⋅79 -23⋅ 24 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,24)=1 = 7⋅79 -23⋅24
oder wenn man 7⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅79 = -23⋅24
-23⋅24 = -7⋅79 + 1 |+79⋅24
-23⋅24 + 79⋅24 = -7⋅79 + 79⋅24 + 1
(-23 + 79) ⋅ 24 = (-7 + 24) ⋅ 79 + 1
56⋅24 = 17⋅79 + 1
Es gilt also: 56⋅24 = 17⋅79 +1
Somit 56⋅24 = 1 mod 79
56 ist also das Inverse von 24 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
