Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (7001 - 3499) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(7001 - 3499) mod 7 ≡ (7001 mod 7 - 3499 mod 7) mod 7.
7001 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7001
= 7000
3499 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3499
= 3500
Somit gilt:
(7001 - 3499) mod 7 ≡ (1 - 6) mod 7 ≡ -5 mod 7 ≡ 2 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (60 ⋅ 65) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(60 ⋅ 65) mod 8 ≡ (60 mod 8 ⋅ 65 mod 8) mod 8.
60 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 56 + 4 = 7 ⋅ 8 + 4 ist.
65 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 64 + 1 = 8 ⋅ 8 + 1 ist.
Somit gilt:
(60 ⋅ 65) mod 8 ≡ (4 ⋅ 1) mod 8 ≡ 4 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 3048 mod 643.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 304 -> x
2. mod(x²,643) -> 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: 3041=304
2: 3042=3041+1=3041⋅3041 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 467 mod 643
4: 3044=3042+2=3042⋅3042 ≡ 467⋅467=218089 ≡ 112 mod 643
8: 3048=3044+4=3044⋅3044 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 327 mod 643
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 782126 mod 839.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 126 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 126 an und zerlegen 126 in eine Summer von 2er-Potenzen:
126 = 64+32+16+8+4+2
1: 7821=782
2: 7822=7821+1=7821⋅7821 ≡ 782⋅782=611524 ≡ 732 mod 839
4: 7824=7822+2=7822⋅7822 ≡ 732⋅732=535824 ≡ 542 mod 839
8: 7828=7824+4=7824⋅7824 ≡ 542⋅542=293764 ≡ 114 mod 839
16: 78216=7828+8=7828⋅7828 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 411 mod 839
32: 78232=78216+16=78216⋅78216 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 282 mod 839
64: 78264=78232+32=78232⋅78232 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 658 mod 839
782126
= 78264+32+16+8+4+2
= 78264⋅78232⋅78216⋅7828⋅7824⋅7822
≡ 658 ⋅ 282 ⋅ 411 ⋅ 114 ⋅ 542 ⋅ 732 mod 839
≡ 185556 ⋅ 411 ⋅ 114 ⋅ 542 ⋅ 732 mod 839 ≡ 137 ⋅ 411 ⋅ 114 ⋅ 542 ⋅ 732 mod 839
≡ 56307 ⋅ 114 ⋅ 542 ⋅ 732 mod 839 ≡ 94 ⋅ 114 ⋅ 542 ⋅ 732 mod 839
≡ 10716 ⋅ 542 ⋅ 732 mod 839 ≡ 648 ⋅ 542 ⋅ 732 mod 839
≡ 351216 ⋅ 732 mod 839 ≡ 514 ⋅ 732 mod 839
≡ 376248 mod 839 ≡ 376 mod 839
Es gilt also: 782126 ≡ 376 mod 839
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 53.
Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 53
| =>59 | = 1⋅53 + 6 |
| =>53 | = 8⋅6 + 5 |
| =>6 | = 1⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,53)=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= 53-8⋅6 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅6 -1⋅(53 -8⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅53 +8⋅ 6) = -1⋅53 +9⋅ 6 (=1) |
| 6= 59-1⋅53 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅53 +9⋅(59 -1⋅ 53)
= -1⋅53 +9⋅59 -9⋅ 53) = 9⋅59 -10⋅ 53 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,53)=1 = 9⋅59 -10⋅53
oder wenn man 9⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅59 = -10⋅53
-10⋅53 = -9⋅59 + 1 |+59⋅53
-10⋅53 + 59⋅53 = -9⋅59 + 59⋅53 + 1
(-10 + 59) ⋅ 53 = (-9 + 53) ⋅ 59 + 1
49⋅53 = 44⋅59 + 1
Es gilt also: 49⋅53 = 44⋅59 +1
Somit 49⋅53 = 1 mod 59
49 ist also das Inverse von 53 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
