Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (242 - 3208) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(242 - 3208) mod 8 ≡ (242 mod 8 - 3208 mod 8) mod 8.
242 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 242
= 240
3208 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3208
= 3200
Somit gilt:
(242 - 3208) mod 8 ≡ (2 - 0) mod 8 ≡ 2 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 36) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(74 ⋅ 36) mod 11 ≡ (74 mod 11 ⋅ 36 mod 11) mod 11.
74 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 66 + 8 = 6 ⋅ 11 + 8 ist.
36 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 33 + 3 = 3 ⋅ 11 + 3 ist.
Somit gilt:
(74 ⋅ 36) mod 11 ≡ (8 ⋅ 3) mod 11 ≡ 24 mod 11 ≡ 2 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 73964 mod 911.
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. 739 -> x
2. mod(x²,911) -> 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: 7391=739
2: 7392=7391+1=7391⋅7391 ≡ 739⋅739=546121 ≡ 432 mod 911
4: 7394=7392+2=7392⋅7392 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 780 mod 911
8: 7398=7394+4=7394⋅7394 ≡ 780⋅780=608400 ≡ 763 mod 911
16: 73916=7398+8=7398⋅7398 ≡ 763⋅763=582169 ≡ 40 mod 911
32: 73932=73916+16=73916⋅73916 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 689 mod 911
64: 73964=73932+32=73932⋅73932 ≡ 689⋅689=474721 ≡ 90 mod 911
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 289117 mod 673.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 117 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 117 an und zerlegen 117 in eine Summer von 2er-Potenzen:
117 = 64+32+16+4+1
1: 2891=289
2: 2892=2891+1=2891⋅2891 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 69 mod 673
4: 2894=2892+2=2892⋅2892 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 50 mod 673
8: 2898=2894+4=2894⋅2894 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 481 mod 673
16: 28916=2898+8=2898⋅2898 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 522 mod 673
32: 28932=28916+16=28916⋅28916 ≡ 522⋅522=272484 ≡ 592 mod 673
64: 28964=28932+32=28932⋅28932 ≡ 592⋅592=350464 ≡ 504 mod 673
289117
= 28964+32+16+4+1
= 28964⋅28932⋅28916⋅2894⋅2891
≡ 504 ⋅ 592 ⋅ 522 ⋅ 50 ⋅ 289 mod 673
≡ 298368 ⋅ 522 ⋅ 50 ⋅ 289 mod 673 ≡ 229 ⋅ 522 ⋅ 50 ⋅ 289 mod 673
≡ 119538 ⋅ 50 ⋅ 289 mod 673 ≡ 417 ⋅ 50 ⋅ 289 mod 673
≡ 20850 ⋅ 289 mod 673 ≡ 660 ⋅ 289 mod 673
≡ 190740 mod 673 ≡ 281 mod 673
Es gilt also: 289117 ≡ 281 mod 673
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 56.
Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 56
| =>73 | = 1⋅56 + 17 |
| =>56 | = 3⋅17 + 5 |
| =>17 | = 3⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,56)=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= 17-3⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(17 -3⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅17 +6⋅ 5) = -2⋅17 +7⋅ 5 (=1) |
| 5= 56-3⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅17 +7⋅(56 -3⋅ 17)
= -2⋅17 +7⋅56 -21⋅ 17) = 7⋅56 -23⋅ 17 (=1) |
| 17= 73-1⋅56 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅56 -23⋅(73 -1⋅ 56)
= 7⋅56 -23⋅73 +23⋅ 56) = -23⋅73 +30⋅ 56 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,56)=1 = -23⋅73 +30⋅56
oder wenn man -23⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +23⋅73 = +30⋅56
Es gilt also: 30⋅56 = 23⋅73 +1
Somit 30⋅56 = 1 mod 73
30 ist also das Inverse von 56 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
