Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (16000 - 23992) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(16000 - 23992) mod 8 ≡ (16000 mod 8 - 23992 mod 8) mod 8.
16000 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16000
= 16000
23992 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23992
= 23000
Somit gilt:
(16000 - 23992) mod 8 ≡ (0 - 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (81 ⋅ 77) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(81 ⋅ 77) mod 6 ≡ (81 mod 6 ⋅ 77 mod 6) mod 6.
81 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 78 + 3 = 13 ⋅ 6 + 3 ist.
77 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 77 = 72 + 5 = 12 ⋅ 6 + 5 ist.
Somit gilt:
(81 ⋅ 77) mod 6 ≡ (3 ⋅ 5) mod 6 ≡ 15 mod 6 ≡ 3 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 31364 mod 773.
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. 313 -> x
2. mod(x²,773) -> 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: 3131=313
2: 3132=3131+1=3131⋅3131 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 571 mod 773
4: 3134=3132+2=3132⋅3132 ≡ 571⋅571=326041 ≡ 608 mod 773
8: 3138=3134+4=3134⋅3134 ≡ 608⋅608=369664 ≡ 170 mod 773
16: 31316=3138+8=3138⋅3138 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 299 mod 773
32: 31332=31316+16=31316⋅31316 ≡ 299⋅299=89401 ≡ 506 mod 773
64: 31364=31332+32=31332⋅31332 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 173 mod 773
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 68461 mod 727.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 61 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 61 an und zerlegen 61 in eine Summer von 2er-Potenzen:
61 = 32+16+8+4+1
1: 6841=684
2: 6842=6841+1=6841⋅6841 ≡ 684⋅684=467856 ≡ 395 mod 727
4: 6844=6842+2=6842⋅6842 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 447 mod 727
8: 6848=6844+4=6844⋅6844 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 611 mod 727
16: 68416=6848+8=6848⋅6848 ≡ 611⋅611=373321 ≡ 370 mod 727
32: 68432=68416+16=68416⋅68416 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 224 mod 727
68461
= 68432+16+8+4+1
= 68432⋅68416⋅6848⋅6844⋅6841
≡ 224 ⋅ 370 ⋅ 611 ⋅ 447 ⋅ 684 mod 727
≡ 82880 ⋅ 611 ⋅ 447 ⋅ 684 mod 727 ≡ 2 ⋅ 611 ⋅ 447 ⋅ 684 mod 727
≡ 1222 ⋅ 447 ⋅ 684 mod 727 ≡ 495 ⋅ 447 ⋅ 684 mod 727
≡ 221265 ⋅ 684 mod 727 ≡ 257 ⋅ 684 mod 727
≡ 175788 mod 727 ≡ 581 mod 727
Es gilt also: 68461 ≡ 581 mod 727
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 87.
Also bestimme x, so dass 87 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 87
| =>101 | = 1⋅87 + 14 |
| =>87 | = 6⋅14 + 3 |
| =>14 | = 4⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,87)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 14-4⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(14 -4⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅14 +4⋅ 3) = -1⋅14 +5⋅ 3 (=1) |
| 3= 87-6⋅14 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅14 +5⋅(87 -6⋅ 14)
= -1⋅14 +5⋅87 -30⋅ 14) = 5⋅87 -31⋅ 14 (=1) |
| 14= 101-1⋅87 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅87 -31⋅(101 -1⋅ 87)
= 5⋅87 -31⋅101 +31⋅ 87) = -31⋅101 +36⋅ 87 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,87)=1 = -31⋅101 +36⋅87
oder wenn man -31⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +31⋅101 = +36⋅87
Es gilt also: 36⋅87 = 31⋅101 +1
Somit 36⋅87 = 1 mod 101
36 ist also das Inverse von 87 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
