Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (305 - 59) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(305 - 59) mod 6 ≡ (305 mod 6 - 59 mod 6) mod 6.
305 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 305
= 300
59 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59
= 60
Somit gilt:
(305 - 59) mod 6 ≡ (5 - 5) mod 6 ≡ 0 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 25) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(68 ⋅ 25) mod 8 ≡ (68 mod 8 ⋅ 25 mod 8) mod 8.
68 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 64 + 4 = 8 ⋅ 8 + 4 ist.
25 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 24 + 1 = 3 ⋅ 8 + 1 ist.
Somit gilt:
(68 ⋅ 25) mod 8 ≡ (4 ⋅ 1) mod 8 ≡ 4 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 66032 mod 757.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 660 -> x
2. mod(x²,757) -> 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: 6601=660
2: 6602=6601+1=6601⋅6601 ≡ 660⋅660=435600 ≡ 325 mod 757
4: 6604=6602+2=6602⋅6602 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 402 mod 757
8: 6608=6604+4=6604⋅6604 ≡ 402⋅402=161604 ≡ 363 mod 757
16: 66016=6608+8=6608⋅6608 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 51 mod 757
32: 66032=66016+16=66016⋅66016 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 330 mod 757
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 54995 mod 661.
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: 5491=549
2: 5492=5491+1=5491⋅5491 ≡ 549⋅549=301401 ≡ 646 mod 661
4: 5494=5492+2=5492⋅5492 ≡ 646⋅646=417316 ≡ 225 mod 661
8: 5498=5494+4=5494⋅5494 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 389 mod 661
16: 54916=5498+8=5498⋅5498 ≡ 389⋅389=151321 ≡ 613 mod 661
32: 54932=54916+16=54916⋅54916 ≡ 613⋅613=375769 ≡ 321 mod 661
64: 54964=54932+32=54932⋅54932 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 586 mod 661
54995
= 54964+16+8+4+2+1
= 54964⋅54916⋅5498⋅5494⋅5492⋅5491
≡ 586 ⋅ 613 ⋅ 389 ⋅ 225 ⋅ 646 ⋅ 549 mod 661
≡ 359218 ⋅ 389 ⋅ 225 ⋅ 646 ⋅ 549 mod 661 ≡ 295 ⋅ 389 ⋅ 225 ⋅ 646 ⋅ 549 mod 661
≡ 114755 ⋅ 225 ⋅ 646 ⋅ 549 mod 661 ≡ 402 ⋅ 225 ⋅ 646 ⋅ 549 mod 661
≡ 90450 ⋅ 646 ⋅ 549 mod 661 ≡ 554 ⋅ 646 ⋅ 549 mod 661
≡ 357884 ⋅ 549 mod 661 ≡ 283 ⋅ 549 mod 661
≡ 155367 mod 661 ≡ 32 mod 661
Es gilt also: 54995 ≡ 32 mod 661
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 79.
Also bestimme x, so dass 79 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 79
| =>83 | = 1⋅79 + 4 |
| =>79 | = 19⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,79)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 79-19⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(79 -19⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅79 +19⋅ 4) = -1⋅79 +20⋅ 4 (=1) |
| 4= 83-1⋅79 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅79 +20⋅(83 -1⋅ 79)
= -1⋅79 +20⋅83 -20⋅ 79) = 20⋅83 -21⋅ 79 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,79)=1 = 20⋅83 -21⋅79
oder wenn man 20⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -20⋅83 = -21⋅79
-21⋅79 = -20⋅83 + 1 |+83⋅79
-21⋅79 + 83⋅79 = -20⋅83 + 83⋅79 + 1
(-21 + 83) ⋅ 79 = (-20 + 79) ⋅ 83 + 1
62⋅79 = 59⋅83 + 1
Es gilt also: 62⋅79 = 59⋅83 +1
Somit 62⋅79 = 1 mod 83
62 ist also das Inverse von 79 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
