Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (26996 + 45009) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(26996 + 45009) mod 9 ≡ (26996 mod 9 + 45009 mod 9) mod 9.
26996 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26996
= 27000
45009 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45009
= 45000
Somit gilt:
(26996 + 45009) mod 9 ≡ (5 + 0) mod 9 ≡ 5 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 63) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(93 ⋅ 63) mod 4 ≡ (93 mod 4 ⋅ 63 mod 4) mod 4.
93 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 92 + 1 = 23 ⋅ 4 + 1 ist.
63 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 15 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(93 ⋅ 63) mod 4 ≡ (1 ⋅ 3) mod 4 ≡ 3 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 36264 mod 379.
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. 362 -> x
2. mod(x²,379) -> 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: 3621=362
2: 3622=3621+1=3621⋅3621 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 289 mod 379
4: 3624=3622+2=3622⋅3622 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 141 mod 379
8: 3628=3624+4=3624⋅3624 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 173 mod 379
16: 36216=3628+8=3628⋅3628 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 367 mod 379
32: 36232=36216+16=36216⋅36216 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 144 mod 379
64: 36264=36232+32=36232⋅36232 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 270 mod 379
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 455171 mod 487.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 171 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 171 an und zerlegen 171 in eine Summer von 2er-Potenzen:
171 = 128+32+8+2+1
1: 4551=455
2: 4552=4551+1=4551⋅4551 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 50 mod 487
4: 4554=4552+2=4552⋅4552 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 65 mod 487
8: 4558=4554+4=4554⋅4554 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 329 mod 487
16: 45516=4558+8=4558⋅4558 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 127 mod 487
32: 45532=45516+16=45516⋅45516 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 58 mod 487
64: 45564=45532+32=45532⋅45532 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 442 mod 487
128: 455128=45564+64=45564⋅45564 ≡ 442⋅442=195364 ≡ 77 mod 487
455171
= 455128+32+8+2+1
= 455128⋅45532⋅4558⋅4552⋅4551
≡ 77 ⋅ 58 ⋅ 329 ⋅ 50 ⋅ 455 mod 487
≡ 4466 ⋅ 329 ⋅ 50 ⋅ 455 mod 487 ≡ 83 ⋅ 329 ⋅ 50 ⋅ 455 mod 487
≡ 27307 ⋅ 50 ⋅ 455 mod 487 ≡ 35 ⋅ 50 ⋅ 455 mod 487
≡ 1750 ⋅ 455 mod 487 ≡ 289 ⋅ 455 mod 487
≡ 131495 mod 487 ≡ 5 mod 487
Es gilt also: 455171 ≡ 5 mod 487
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 36.
Also bestimme x, so dass 36 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 36
| =>89 | = 2⋅36 + 17 |
| =>36 | = 2⋅17 + 2 |
| =>17 | = 8⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,36)=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= 17-8⋅2 | |||
| 2= 36-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17) = -8⋅36 +17⋅ 17 (=1) |
| 17= 89-2⋅36 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -8⋅36 +17⋅(89 -2⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅89 -34⋅ 36) = 17⋅89 -42⋅ 36 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,36)=1 = 17⋅89 -42⋅36
oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -17⋅89 = -42⋅36
-42⋅36 = -17⋅89 + 1 |+89⋅36
-42⋅36 + 89⋅36 = -17⋅89 + 89⋅36 + 1
(-42 + 89) ⋅ 36 = (-17 + 36) ⋅ 89 + 1
47⋅36 = 19⋅89 + 1
Es gilt also: 47⋅36 = 19⋅89 +1
Somit 47⋅36 = 1 mod 89
47 ist also das Inverse von 36 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
