Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2800 + 2099) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2800 + 2099) mod 7 ≡ (2800 mod 7 + 2099 mod 7) mod 7.
2800 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2800
= 2800
2099 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2099
= 2100
Somit gilt:
(2800 + 2099) mod 7 ≡ (0 + 6) mod 7 ≡ 6 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (44 ⋅ 88) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(44 ⋅ 88) mod 10 ≡ (44 mod 10 ⋅ 88 mod 10) mod 10.
44 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 40 + 4 = 4 ⋅ 10 + 4 ist.
88 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 80 + 8 = 8 ⋅ 10 + 8 ist.
Somit gilt:
(44 ⋅ 88) mod 10 ≡ (4 ⋅ 8) mod 10 ≡ 32 mod 10 ≡ 2 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 18216 mod 359.
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. 182 -> x
2. mod(x²,359) -> 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: 1821=182
2: 1822=1821+1=1821⋅1821 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 96 mod 359
4: 1824=1822+2=1822⋅1822 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 241 mod 359
8: 1828=1824+4=1824⋅1824 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 282 mod 359
16: 18216=1828+8=1828⋅1828 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 185 mod 359
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 351179 mod 523.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 179 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 179 an und zerlegen 179 in eine Summer von 2er-Potenzen:
179 = 128+32+16+2+1
1: 3511=351
2: 3512=3511+1=3511⋅3511 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 296 mod 523
4: 3514=3512+2=3512⋅3512 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 275 mod 523
8: 3518=3514+4=3514⋅3514 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 313 mod 523
16: 35116=3518+8=3518⋅3518 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 168 mod 523
32: 35132=35116+16=35116⋅35116 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 505 mod 523
64: 35164=35132+32=35132⋅35132 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 324 mod 523
128: 351128=35164+64=35164⋅35164 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 376 mod 523
351179
= 351128+32+16+2+1
= 351128⋅35132⋅35116⋅3512⋅3511
≡ 376 ⋅ 505 ⋅ 168 ⋅ 296 ⋅ 351 mod 523
≡ 189880 ⋅ 168 ⋅ 296 ⋅ 351 mod 523 ≡ 31 ⋅ 168 ⋅ 296 ⋅ 351 mod 523
≡ 5208 ⋅ 296 ⋅ 351 mod 523 ≡ 501 ⋅ 296 ⋅ 351 mod 523
≡ 148296 ⋅ 351 mod 523 ≡ 287 ⋅ 351 mod 523
≡ 100737 mod 523 ≡ 321 mod 523
Es gilt also: 351179 ≡ 321 mod 523
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 45
| =>83 | = 1⋅45 + 38 |
| =>45 | = 1⋅38 + 7 |
| =>38 | = 5⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,45)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 38-5⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(38 -5⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅38 +10⋅ 7) = -2⋅38 +11⋅ 7 (=1) |
| 7= 45-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅38 +11⋅(45 -1⋅ 38)
= -2⋅38 +11⋅45 -11⋅ 38) = 11⋅45 -13⋅ 38 (=1) |
| 38= 83-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 11⋅45 -13⋅(83 -1⋅ 45)
= 11⋅45 -13⋅83 +13⋅ 45) = -13⋅83 +24⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,45)=1 = -13⋅83 +24⋅45
oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅83 = +24⋅45
Es gilt also: 24⋅45 = 13⋅83 +1
Somit 24⋅45 = 1 mod 83
24 ist also das Inverse von 45 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
