Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (6004 + 597) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(6004 + 597) mod 6 ≡ (6004 mod 6 + 597 mod 6) mod 6.
6004 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6004
= 6000
597 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 597
= 600
Somit gilt:
(6004 + 597) mod 6 ≡ (4 + 3) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 92) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(83 ⋅ 92) mod 9 ≡ (83 mod 9 ⋅ 92 mod 9) mod 9.
83 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 81 + 2 = 9 ⋅ 9 + 2 ist.
92 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 90 + 2 = 10 ⋅ 9 + 2 ist.
Somit gilt:
(83 ⋅ 92) mod 9 ≡ (2 ⋅ 2) mod 9 ≡ 4 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 21764 mod 487.
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. 217 -> x
2. mod(x²,487) -> 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: 2171=217
2: 2172=2171+1=2171⋅2171 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 337 mod 487
4: 2174=2172+2=2172⋅2172 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 98 mod 487
8: 2178=2174+4=2174⋅2174 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 351 mod 487
16: 21716=2178+8=2178⋅2178 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 477 mod 487
32: 21732=21716+16=21716⋅21716 ≡ 477⋅477=227529 ≡ 100 mod 487
64: 21764=21732+32=21732⋅21732 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 260 mod 487
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 73095 mod 811.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 95 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 95 an und zerlegen 95 in eine Summer von 2er-Potenzen:
95 = 64+16+8+4+2+1
1: 7301=730
2: 7302=7301+1=7301⋅7301 ≡ 730⋅730=532900 ≡ 73 mod 811
4: 7304=7302+2=7302⋅7302 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 463 mod 811
8: 7308=7304+4=7304⋅7304 ≡ 463⋅463=214369 ≡ 265 mod 811
16: 73016=7308+8=7308⋅7308 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 479 mod 811
32: 73032=73016+16=73016⋅73016 ≡ 479⋅479=229441 ≡ 739 mod 811
64: 73064=73032+32=73032⋅73032 ≡ 739⋅739=546121 ≡ 318 mod 811
73095
= 73064+16+8+4+2+1
= 73064⋅73016⋅7308⋅7304⋅7302⋅7301
≡ 318 ⋅ 479 ⋅ 265 ⋅ 463 ⋅ 73 ⋅ 730 mod 811
≡ 152322 ⋅ 265 ⋅ 463 ⋅ 73 ⋅ 730 mod 811 ≡ 665 ⋅ 265 ⋅ 463 ⋅ 73 ⋅ 730 mod 811
≡ 176225 ⋅ 463 ⋅ 73 ⋅ 730 mod 811 ≡ 238 ⋅ 463 ⋅ 73 ⋅ 730 mod 811
≡ 110194 ⋅ 73 ⋅ 730 mod 811 ≡ 709 ⋅ 73 ⋅ 730 mod 811
≡ 51757 ⋅ 730 mod 811 ≡ 664 ⋅ 730 mod 811
≡ 484720 mod 811 ≡ 553 mod 811
Es gilt also: 73095 ≡ 553 mod 811
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 41.
Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 41
=>89 | = 2⋅41 + 7 |
=>41 | = 5⋅7 + 6 |
=>7 | = 1⋅6 + 1 |
=>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,41)=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= 7-1⋅6 | |||
6= 41-5⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -1⋅(41 -5⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅41 +5⋅ 7) = -1⋅41 +6⋅ 7 (=1) |
7= 89-2⋅41 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅41 +6⋅(89 -2⋅ 41)
= -1⋅41 +6⋅89 -12⋅ 41) = 6⋅89 -13⋅ 41 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,41)=1 = 6⋅89 -13⋅41
oder wenn man 6⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -6⋅89 = -13⋅41
-13⋅41 = -6⋅89 + 1 |+89⋅41
-13⋅41 + 89⋅41 = -6⋅89 + 89⋅41 + 1
(-13 + 89) ⋅ 41 = (-6 + 41) ⋅ 89 + 1
76⋅41 = 35⋅89 + 1
Es gilt also: 76⋅41 = 35⋅89 +1
Somit 76⋅41 = 1 mod 89
76 ist also das Inverse von 41 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.