Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (17995 - 1194) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17995 - 1194) mod 6 ≡ (17995 mod 6 - 1194 mod 6) mod 6.
17995 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17995
= 18000
1194 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1194
= 1200
Somit gilt:
(17995 - 1194) mod 6 ≡ (1 - 0) mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 85) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(63 ⋅ 85) mod 7 ≡ (63 mod 7 ⋅ 85 mod 7) mod 7.
63 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 63 + 0 = 9 ⋅ 7 + 0 ist.
85 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 84 + 1 = 12 ⋅ 7 + 1 ist.
Somit gilt:
(63 ⋅ 85) mod 7 ≡ (0 ⋅ 1) mod 7 ≡ 0 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 18464 mod 491.
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. 184 -> x
2. mod(x²,491) -> 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: 1841=184
2: 1842=1841+1=1841⋅1841 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 468 mod 491
4: 1844=1842+2=1842⋅1842 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 38 mod 491
8: 1848=1844+4=1844⋅1844 ≡ 38⋅38=1444 ≡ 462 mod 491
16: 18416=1848+8=1848⋅1848 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 350 mod 491
32: 18432=18416+16=18416⋅18416 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 241 mod 491
64: 18464=18432+32=18432⋅18432 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 143 mod 491
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 317239 mod 907.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 239 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 239 an und zerlegen 239 in eine Summer von 2er-Potenzen:
239 = 128+64+32+8+4+2+1
1: 3171=317
2: 3172=3171+1=3171⋅3171 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 719 mod 907
4: 3174=3172+2=3172⋅3172 ≡ 719⋅719=516961 ≡ 878 mod 907
8: 3178=3174+4=3174⋅3174 ≡ 878⋅878=770884 ≡ 841 mod 907
16: 31716=3178+8=3178⋅3178 ≡ 841⋅841=707281 ≡ 728 mod 907
32: 31732=31716+16=31716⋅31716 ≡ 728⋅728=529984 ≡ 296 mod 907
64: 31764=31732+32=31732⋅31732 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 544 mod 907
128: 317128=31764+64=31764⋅31764 ≡ 544⋅544=295936 ≡ 254 mod 907
317239
= 317128+64+32+8+4+2+1
= 317128⋅31764⋅31732⋅3178⋅3174⋅3172⋅3171
≡ 254 ⋅ 544 ⋅ 296 ⋅ 841 ⋅ 878 ⋅ 719 ⋅ 317 mod 907
≡ 138176 ⋅ 296 ⋅ 841 ⋅ 878 ⋅ 719 ⋅ 317 mod 907 ≡ 312 ⋅ 296 ⋅ 841 ⋅ 878 ⋅ 719 ⋅ 317 mod 907
≡ 92352 ⋅ 841 ⋅ 878 ⋅ 719 ⋅ 317 mod 907 ≡ 745 ⋅ 841 ⋅ 878 ⋅ 719 ⋅ 317 mod 907
≡ 626545 ⋅ 878 ⋅ 719 ⋅ 317 mod 907 ≡ 715 ⋅ 878 ⋅ 719 ⋅ 317 mod 907
≡ 627770 ⋅ 719 ⋅ 317 mod 907 ≡ 126 ⋅ 719 ⋅ 317 mod 907
≡ 90594 ⋅ 317 mod 907 ≡ 801 ⋅ 317 mod 907
≡ 253917 mod 907 ≡ 864 mod 907
Es gilt also: 317239 ≡ 864 mod 907
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 42
| =>67 | = 1⋅42 + 25 |
| =>42 | = 1⋅25 + 17 |
| =>25 | = 1⋅17 + 8 |
| =>17 | = 2⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,42)=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= 17-2⋅8 | |||
| 8= 25-1⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -2⋅(25 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅25 +2⋅ 17) = -2⋅25 +3⋅ 17 (=1) |
| 17= 42-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅25 +3⋅(42 -1⋅ 25)
= -2⋅25 +3⋅42 -3⋅ 25) = 3⋅42 -5⋅ 25 (=1) |
| 25= 67-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅42 -5⋅(67 -1⋅ 42)
= 3⋅42 -5⋅67 +5⋅ 42) = -5⋅67 +8⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,42)=1 = -5⋅67 +8⋅42
oder wenn man -5⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅67 = +8⋅42
Es gilt also: 8⋅42 = 5⋅67 +1
Somit 8⋅42 = 1 mod 67
8 ist also das Inverse von 42 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
