Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (125 + 2400) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(125 + 2400) mod 6 ≡ (125 mod 6 + 2400 mod 6) mod 6.
125 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 125
= 120
2400 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2400
= 2400
Somit gilt:
(125 + 2400) mod 6 ≡ (5 + 0) mod 6 ≡ 5 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 79) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(30 ⋅ 79) mod 4 ≡ (30 mod 4 ⋅ 79 mod 4) mod 4.
30 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 28 + 2 = 7 ⋅ 4 + 2 ist.
79 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 76 + 3 = 19 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(30 ⋅ 79) mod 4 ≡ (2 ⋅ 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 71664 mod 941.
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. 716 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 7161=716
2: 7162=7161+1=7161⋅7161 ≡ 716⋅716=512656 ≡ 752 mod 941
4: 7164=7162+2=7162⋅7162 ≡ 752⋅752=565504 ≡ 904 mod 941
8: 7168=7164+4=7164⋅7164 ≡ 904⋅904=817216 ≡ 428 mod 941
16: 71616=7168+8=7168⋅7168 ≡ 428⋅428=183184 ≡ 630 mod 941
32: 71632=71616+16=71616⋅71616 ≡ 630⋅630=396900 ≡ 739 mod 941
64: 71664=71632+32=71632⋅71632 ≡ 739⋅739=546121 ≡ 341 mod 941
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 249179 mod 433.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 179 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 179 an und zerlegen 179 in eine Summer von 2er-Potenzen:
179 = 128+32+16+2+1
1: 2491=249
2: 2492=2491+1=2491⋅2491 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 82 mod 433
4: 2494=2492+2=2492⋅2492 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 229 mod 433
8: 2498=2494+4=2494⋅2494 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 48 mod 433
16: 24916=2498+8=2498⋅2498 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 139 mod 433
32: 24932=24916+16=24916⋅24916 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 269 mod 433
64: 24964=24932+32=24932⋅24932 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 50 mod 433
128: 249128=24964+64=24964⋅24964 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 335 mod 433
249179
= 249128+32+16+2+1
= 249128⋅24932⋅24916⋅2492⋅2491
≡ 335 ⋅ 269 ⋅ 139 ⋅ 82 ⋅ 249 mod 433
≡ 90115 ⋅ 139 ⋅ 82 ⋅ 249 mod 433 ≡ 51 ⋅ 139 ⋅ 82 ⋅ 249 mod 433
≡ 7089 ⋅ 82 ⋅ 249 mod 433 ≡ 161 ⋅ 82 ⋅ 249 mod 433
≡ 13202 ⋅ 249 mod 433 ≡ 212 ⋅ 249 mod 433
≡ 52788 mod 433 ≡ 395 mod 433
Es gilt also: 249179 ≡ 395 mod 433
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 83.
Also bestimme x, so dass 83 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 83
| =>89 | = 1⋅83 + 6 |
| =>83 | = 13⋅6 + 5 |
| =>6 | = 1⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,83)=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= 6-1⋅5 | |||
| 5= 83-13⋅6 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅6 -1⋅(83 -13⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅83 +13⋅ 6) = -1⋅83 +14⋅ 6 (=1) |
| 6= 89-1⋅83 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅83 +14⋅(89 -1⋅ 83)
= -1⋅83 +14⋅89 -14⋅ 83) = 14⋅89 -15⋅ 83 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,83)=1 = 14⋅89 -15⋅83
oder wenn man 14⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -14⋅89 = -15⋅83
-15⋅83 = -14⋅89 + 1 |+89⋅83
-15⋅83 + 89⋅83 = -14⋅89 + 89⋅83 + 1
(-15 + 89) ⋅ 83 = (-14 + 83) ⋅ 89 + 1
74⋅83 = 69⋅89 + 1
Es gilt also: 74⋅83 = 69⋅89 +1
Somit 74⋅83 = 1 mod 89
74 ist also das Inverse von 83 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
