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: (5997 + 6003) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(5997 + 6003) mod 6 ≡ (5997 mod 6 + 6003 mod 6) mod 6.
5997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5997
= 6000
6003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6003
= 6000
Somit gilt:
(5997 + 6003) mod 6 ≡ (3 + 3) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (35 ⋅ 99) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(35 ⋅ 99) mod 7 ≡ (35 mod 7 ⋅ 99 mod 7) mod 7.
35 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 35 + 0 = 5 ⋅ 7 + 0 ist.
99 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 98 + 1 = 14 ⋅ 7 + 1 ist.
Somit gilt:
(35 ⋅ 99) mod 7 ≡ (0 ⋅ 1) mod 7 ≡ 0 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 48116 mod 829.
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. 481 -> x
2. mod(x²,829) -> 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: 4811=481
2: 4812=4811+1=4811⋅4811 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 70 mod 829
4: 4814=4812+2=4812⋅4812 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 755 mod 829
8: 4818=4814+4=4814⋅4814 ≡ 755⋅755=570025 ≡ 502 mod 829
16: 48116=4818+8=4818⋅4818 ≡ 502⋅502=252004 ≡ 817 mod 829
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 414213 mod 499.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 213 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 213 an und zerlegen 213 in eine Summer von 2er-Potenzen:
213 = 128+64+16+4+1
1: 4141=414
2: 4142=4141+1=4141⋅4141 ≡ 414⋅414=171396 ≡ 239 mod 499
4: 4144=4142+2=4142⋅4142 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 235 mod 499
8: 4148=4144+4=4144⋅4144 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 335 mod 499
16: 41416=4148+8=4148⋅4148 ≡ 335⋅335=112225 ≡ 449 mod 499
32: 41432=41416+16=41416⋅41416 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 5 mod 499
64: 41464=41432+32=41432⋅41432 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 499
128: 414128=41464+64=41464⋅41464 ≡ 25⋅25=625 ≡ 126 mod 499
414213
= 414128+64+16+4+1
= 414128⋅41464⋅41416⋅4144⋅4141
≡ 126 ⋅ 25 ⋅ 449 ⋅ 235 ⋅ 414 mod 499
≡ 3150 ⋅ 449 ⋅ 235 ⋅ 414 mod 499 ≡ 156 ⋅ 449 ⋅ 235 ⋅ 414 mod 499
≡ 70044 ⋅ 235 ⋅ 414 mod 499 ≡ 184 ⋅ 235 ⋅ 414 mod 499
≡ 43240 ⋅ 414 mod 499 ≡ 326 ⋅ 414 mod 499
≡ 134964 mod 499 ≡ 234 mod 499
Es gilt also: 414213 ≡ 234 mod 499
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 65.
Also bestimme x, so dass 65 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 65
| =>71 | = 1⋅65 + 6 |
| =>65 | = 10⋅6 + 5 |
| =>6 | = 1⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,65)=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= 6-1⋅5 | |||
| 5= 65-10⋅6 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅6 -1⋅(65 -10⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅65 +10⋅ 6) = -1⋅65 +11⋅ 6 (=1) |
| 6= 71-1⋅65 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅65 +11⋅(71 -1⋅ 65)
= -1⋅65 +11⋅71 -11⋅ 65) = 11⋅71 -12⋅ 65 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,65)=1 = 11⋅71 -12⋅65
oder wenn man 11⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅71 = -12⋅65
-12⋅65 = -11⋅71 + 1 |+71⋅65
-12⋅65 + 71⋅65 = -11⋅71 + 71⋅65 + 1
(-12 + 71) ⋅ 65 = (-11 + 65) ⋅ 71 + 1
59⋅65 = 54⋅71 + 1
Es gilt also: 59⋅65 = 54⋅71 +1
Somit 59⋅65 = 1 mod 71
59 ist also das Inverse von 65 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
