Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (239 + 32006) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(239 + 32006) mod 8 ≡ (239 mod 8 + 32006 mod 8) mod 8.
239 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 239
= 240
32006 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32006
= 32000
Somit gilt:
(239 + 32006) mod 8 ≡ (7 + 6) mod 8 ≡ 13 mod 8 ≡ 5 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 46) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(34 ⋅ 46) mod 9 ≡ (34 mod 9 ⋅ 46 mod 9) mod 9.
34 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 27 + 7 = 3 ⋅ 9 + 7 ist.
46 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 5 ⋅ 9 + 1 ist.
Somit gilt:
(34 ⋅ 46) mod 9 ≡ (7 ⋅ 1) mod 9 ≡ 7 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 48016 mod 503.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 480 -> x
2. mod(x²,503) -> 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: 4801=480
2: 4802=4801+1=4801⋅4801 ≡ 480⋅480=230400 ≡ 26 mod 503
4: 4804=4802+2=4802⋅4802 ≡ 26⋅26=676 ≡ 173 mod 503
8: 4808=4804+4=4804⋅4804 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 252 mod 503
16: 48016=4808+8=4808⋅4808 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 126 mod 503
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 304245 mod 701.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:
245 = 128+64+32+16+4+1
1: 3041=304
2: 3042=3041+1=3041⋅3041 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 585 mod 701
4: 3044=3042+2=3042⋅3042 ≡ 585⋅585=342225 ≡ 137 mod 701
8: 3048=3044+4=3044⋅3044 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 543 mod 701
16: 30416=3048+8=3048⋅3048 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 429 mod 701
32: 30432=30416+16=30416⋅30416 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 379 mod 701
64: 30464=30432+32=30432⋅30432 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 637 mod 701
128: 304128=30464+64=30464⋅30464 ≡ 637⋅637=405769 ≡ 591 mod 701
304245
= 304128+64+32+16+4+1
= 304128⋅30464⋅30432⋅30416⋅3044⋅3041
≡ 591 ⋅ 637 ⋅ 379 ⋅ 429 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701
≡ 376467 ⋅ 379 ⋅ 429 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701 ≡ 30 ⋅ 379 ⋅ 429 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701
≡ 11370 ⋅ 429 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701 ≡ 154 ⋅ 429 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701
≡ 66066 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701 ≡ 172 ⋅ 137 ⋅ 304 mod 701
≡ 23564 ⋅ 304 mod 701 ≡ 431 ⋅ 304 mod 701
≡ 131024 mod 701 ≡ 638 mod 701
Es gilt also: 304245 ≡ 638 mod 701
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 49.
Also bestimme x, so dass 49 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 49
| =>71 | = 1⋅49 + 22 |
| =>49 | = 2⋅22 + 5 |
| =>22 | = 4⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,49)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 22-4⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(22 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅22 +8⋅ 5) = -2⋅22 +9⋅ 5 (=1) |
| 5= 49-2⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅22 +9⋅(49 -2⋅ 22)
= -2⋅22 +9⋅49 -18⋅ 22) = 9⋅49 -20⋅ 22 (=1) |
| 22= 71-1⋅49 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 9⋅49 -20⋅(71 -1⋅ 49)
= 9⋅49 -20⋅71 +20⋅ 49) = -20⋅71 +29⋅ 49 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,49)=1 = -20⋅71 +29⋅49
oder wenn man -20⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 +20⋅71 = +29⋅49
Es gilt also: 29⋅49 = 20⋅71 +1
Somit 29⋅49 = 1 mod 71
29 ist also das Inverse von 49 mod 71
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.
