Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1196 + 119) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1196 + 119) mod 6 ≡ (1196 mod 6 + 119 mod 6) mod 6.
1196 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1196
= 1200
119 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 119
= 120
Somit gilt:
(1196 + 119) mod 6 ≡ (2 + 5) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 45) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(87 ⋅ 45) mod 8 ≡ (87 mod 8 ⋅ 45 mod 8) mod 8.
87 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 80 + 7 = 10 ⋅ 8 + 7 ist.
45 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 40 + 5 = 5 ⋅ 8 + 5 ist.
Somit gilt:
(87 ⋅ 45) mod 8 ≡ (7 ⋅ 5) mod 8 ≡ 35 mod 8 ≡ 3 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 14116 mod 293.
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. 141 -> x
2. mod(x²,293) -> 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: 1411=141
2: 1412=1411+1=1411⋅1411 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 250 mod 293
4: 1414=1412+2=1412⋅1412 ≡ 250⋅250=62500 ≡ 91 mod 293
8: 1418=1414+4=1414⋅1414 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 77 mod 293
16: 14116=1418+8=1418⋅1418 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 69 mod 293
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 783213 mod 809.
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: 7831=783
2: 7832=7831+1=7831⋅7831 ≡ 783⋅783=613089 ≡ 676 mod 809
4: 7834=7832+2=7832⋅7832 ≡ 676⋅676=456976 ≡ 700 mod 809
8: 7838=7834+4=7834⋅7834 ≡ 700⋅700=490000 ≡ 555 mod 809
16: 78316=7838+8=7838⋅7838 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 605 mod 809
32: 78332=78316+16=78316⋅78316 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 357 mod 809
64: 78364=78332+32=78332⋅78332 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 436 mod 809
128: 783128=78364+64=78364⋅78364 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 790 mod 809
783213
= 783128+64+16+4+1
= 783128⋅78364⋅78316⋅7834⋅7831
≡ 790 ⋅ 436 ⋅ 605 ⋅ 700 ⋅ 783 mod 809
≡ 344440 ⋅ 605 ⋅ 700 ⋅ 783 mod 809 ≡ 615 ⋅ 605 ⋅ 700 ⋅ 783 mod 809
≡ 372075 ⋅ 700 ⋅ 783 mod 809 ≡ 744 ⋅ 700 ⋅ 783 mod 809
≡ 520800 ⋅ 783 mod 809 ≡ 613 ⋅ 783 mod 809
≡ 479979 mod 809 ≡ 242 mod 809
Es gilt also: 783213 ≡ 242 mod 809
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 35.
Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 35
| =>89 | = 2⋅35 + 19 |
| =>35 | = 1⋅19 + 16 |
| =>19 | = 1⋅16 + 3 |
| =>16 | = 5⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,35)=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= 16-5⋅3 | |||
| 3= 19-1⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅16 -5⋅(19 -1⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅19 +5⋅ 16) = -5⋅19 +6⋅ 16 (=1) |
| 16= 35-1⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅19 +6⋅(35 -1⋅ 19)
= -5⋅19 +6⋅35 -6⋅ 19) = 6⋅35 -11⋅ 19 (=1) |
| 19= 89-2⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 6⋅35 -11⋅(89 -2⋅ 35)
= 6⋅35 -11⋅89 +22⋅ 35) = -11⋅89 +28⋅ 35 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,35)=1 = -11⋅89 +28⋅35
oder wenn man -11⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅89 = +28⋅35
Es gilt also: 28⋅35 = 11⋅89 +1
Somit 28⋅35 = 1 mod 89
28 ist also das Inverse von 35 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
