Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (353 - 96) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(353 - 96) mod 9 ≡ (353 mod 9 - 96 mod 9) mod 9.
353 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 353
= 360
96 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96
= 90
Somit gilt:
(353 - 96) mod 9 ≡ (2 - 6) mod 9 ≡ -4 mod 9 ≡ 5 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (44 ⋅ 80) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(44 ⋅ 80) mod 7 ≡ (44 mod 7 ⋅ 80 mod 7) mod 7.
44 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 42 + 2 = 6 ⋅ 7 + 2 ist.
80 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 77 + 3 = 11 ⋅ 7 + 3 ist.
Somit gilt:
(44 ⋅ 80) mod 7 ≡ (2 ⋅ 3) mod 7 ≡ 6 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 18364 mod 367.
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. 183 -> x
2. mod(x²,367) -> 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: 1831=183
2: 1832=1831+1=1831⋅1831 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 92 mod 367
4: 1834=1832+2=1832⋅1832 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 23 mod 367
8: 1838=1834+4=1834⋅1834 ≡ 23⋅23=529 ≡ 162 mod 367
16: 18316=1838+8=1838⋅1838 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 187 mod 367
32: 18332=18316+16=18316⋅18316 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 104 mod 367
64: 18364=18332+32=18332⋅18332 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 173 mod 367
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 558236 mod 661.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 236 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 236 an und zerlegen 236 in eine Summer von 2er-Potenzen:
236 = 128+64+32+8+4
1: 5581=558
2: 5582=5581+1=5581⋅5581 ≡ 558⋅558=311364 ≡ 33 mod 661
4: 5584=5582+2=5582⋅5582 ≡ 33⋅33=1089 ≡ 428 mod 661
8: 5588=5584+4=5584⋅5584 ≡ 428⋅428=183184 ≡ 87 mod 661
16: 55816=5588+8=5588⋅5588 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 298 mod 661
32: 55832=55816+16=55816⋅55816 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 230 mod 661
64: 55864=55832+32=55832⋅55832 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 20 mod 661
128: 558128=55864+64=55864⋅55864 ≡ 20⋅20=400 ≡ 400 mod 661
558236
= 558128+64+32+8+4
= 558128⋅55864⋅55832⋅5588⋅5584
≡ 400 ⋅ 20 ⋅ 230 ⋅ 87 ⋅ 428 mod 661
≡ 8000 ⋅ 230 ⋅ 87 ⋅ 428 mod 661 ≡ 68 ⋅ 230 ⋅ 87 ⋅ 428 mod 661
≡ 15640 ⋅ 87 ⋅ 428 mod 661 ≡ 437 ⋅ 87 ⋅ 428 mod 661
≡ 38019 ⋅ 428 mod 661 ≡ 342 ⋅ 428 mod 661
≡ 146376 mod 661 ≡ 295 mod 661
Es gilt also: 558236 ≡ 295 mod 661
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 90.
Also bestimme x, so dass 90 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 90
| =>101 | = 1⋅90 + 11 |
| =>90 | = 8⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,90)=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= 11-5⋅2 | |||
| 2= 90-8⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(90 -8⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅90 +40⋅ 11) = -5⋅90 +41⋅ 11 (=1) |
| 11= 101-1⋅90 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅90 +41⋅(101 -1⋅ 90)
= -5⋅90 +41⋅101 -41⋅ 90) = 41⋅101 -46⋅ 90 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,90)=1 = 41⋅101 -46⋅90
oder wenn man 41⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -41⋅101 = -46⋅90
-46⋅90 = -41⋅101 + 1 |+101⋅90
-46⋅90 + 101⋅90 = -41⋅101 + 101⋅90 + 1
(-46 + 101) ⋅ 90 = (-41 + 90) ⋅ 101 + 1
55⋅90 = 49⋅101 + 1
Es gilt also: 55⋅90 = 49⋅101 +1
Somit 55⋅90 = 1 mod 101
55 ist also das Inverse von 90 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
