Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1201 + 163) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1201 + 163) mod 4 ≡ (1201 mod 4 + 163 mod 4) mod 4.
1201 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1201
= 1200
163 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 163
= 160
Somit gilt:
(1201 + 163) mod 4 ≡ (1 + 3) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 71) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(70 ⋅ 71) mod 9 ≡ (70 mod 9 ⋅ 71 mod 9) mod 9.
70 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 63 + 7 = 7 ⋅ 9 + 7 ist.
71 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 63 + 8 = 7 ⋅ 9 + 8 ist.
Somit gilt:
(70 ⋅ 71) mod 9 ≡ (7 ⋅ 8) mod 9 ≡ 56 mod 9 ≡ 2 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 708128 mod 727.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 708 -> x
2. mod(x²,727) -> 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: 7081=708
2: 7082=7081+1=7081⋅7081 ≡ 708⋅708=501264 ≡ 361 mod 727
4: 7084=7082+2=7082⋅7082 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 188 mod 727
8: 7088=7084+4=7084⋅7084 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 448 mod 727
16: 70816=7088+8=7088⋅7088 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 52 mod 727
32: 70832=70816+16=70816⋅70816 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 523 mod 727
64: 70864=70832+32=70832⋅70832 ≡ 523⋅523=273529 ≡ 177 mod 727
128: 708128=70864+64=70864⋅70864 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 68 mod 727
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 20160 mod 563.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 60 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 60 an und zerlegen 60 in eine Summer von 2er-Potenzen:
60 = 32+16+8+4
1: 2011=201
2: 2012=2011+1=2011⋅2011 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 428 mod 563
4: 2014=2012+2=2012⋅2012 ≡ 428⋅428=183184 ≡ 209 mod 563
8: 2018=2014+4=2014⋅2014 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 330 mod 563
16: 20116=2018+8=2018⋅2018 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 241 mod 563
32: 20132=20116+16=20116⋅20116 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 92 mod 563
20160
= 20132+16+8+4
= 20132⋅20116⋅2018⋅2014
≡ 92 ⋅ 241 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563
≡ 22172 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563 ≡ 215 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563
≡ 70950 ⋅ 209 mod 563 ≡ 12 ⋅ 209 mod 563
≡ 2508 mod 563 ≡ 256 mod 563
Es gilt also: 20160 ≡ 256 mod 563
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 79.
Also bestimme x, so dass 79 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 79
=>89 | = 1⋅79 + 10 |
=>79 | = 7⋅10 + 9 |
=>10 | = 1⋅9 + 1 |
=>9 | = 9⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,79)=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= 10-1⋅9 | |||
9= 79-7⋅10 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅10 -1⋅(79 -7⋅ 10)
= 1⋅10 -1⋅79 +7⋅ 10) = -1⋅79 +8⋅ 10 (=1) |
10= 89-1⋅79 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅79 +8⋅(89 -1⋅ 79)
= -1⋅79 +8⋅89 -8⋅ 79) = 8⋅89 -9⋅ 79 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,79)=1 = 8⋅89 -9⋅79
oder wenn man 8⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -8⋅89 = -9⋅79
-9⋅79 = -8⋅89 + 1 |+89⋅79
-9⋅79 + 89⋅79 = -8⋅89 + 89⋅79 + 1
(-9 + 89) ⋅ 79 = (-8 + 79) ⋅ 89 + 1
80⋅79 = 71⋅89 + 1
Es gilt also: 80⋅79 = 71⋅89 +1
Somit 80⋅79 = 1 mod 89
80 ist also das Inverse von 79 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.