Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1797 - 23995) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1797 - 23995) mod 6 ≡ (1797 mod 6 - 23995 mod 6) mod 6.
1797 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1797
= 1800
23995 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23995
= 24000
Somit gilt:
(1797 - 23995) mod 6 ≡ (3 - 1) mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 51) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(58 ⋅ 51) mod 10 ≡ (58 mod 10 ⋅ 51 mod 10) mod 10.
58 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 50 + 8 = 5 ⋅ 10 + 8 ist.
51 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 50 + 1 = 5 ⋅ 10 + 1 ist.
Somit gilt:
(58 ⋅ 51) mod 10 ≡ (8 ⋅ 1) mod 10 ≡ 8 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 46432 mod 601.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 464 -> x
2. mod(x²,601) -> 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: 4641=464
2: 4642=4641+1=4641⋅4641 ≡ 464⋅464=215296 ≡ 138 mod 601
4: 4644=4642+2=4642⋅4642 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 413 mod 601
8: 4648=4644+4=4644⋅4644 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 486 mod 601
16: 46416=4648+8=4648⋅4648 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 3 mod 601
32: 46432=46416+16=46416⋅46416 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 601
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 689220 mod 941.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 220 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 220 an und zerlegen 220 in eine Summer von 2er-Potenzen:
220 = 128+64+16+8+4
1: 6891=689
2: 6892=6891+1=6891⋅6891 ≡ 689⋅689=474721 ≡ 457 mod 941
4: 6894=6892+2=6892⋅6892 ≡ 457⋅457=208849 ≡ 888 mod 941
8: 6898=6894+4=6894⋅6894 ≡ 888⋅888=788544 ≡ 927 mod 941
16: 68916=6898+8=6898⋅6898 ≡ 927⋅927=859329 ≡ 196 mod 941
32: 68932=68916+16=68916⋅68916 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 776 mod 941
64: 68964=68932+32=68932⋅68932 ≡ 776⋅776=602176 ≡ 877 mod 941
128: 689128=68964+64=68964⋅68964 ≡ 877⋅877=769129 ≡ 332 mod 941
689220
= 689128+64+16+8+4
= 689128⋅68964⋅68916⋅6898⋅6894
≡ 332 ⋅ 877 ⋅ 196 ⋅ 927 ⋅ 888 mod 941
≡ 291164 ⋅ 196 ⋅ 927 ⋅ 888 mod 941 ≡ 395 ⋅ 196 ⋅ 927 ⋅ 888 mod 941
≡ 77420 ⋅ 927 ⋅ 888 mod 941 ≡ 258 ⋅ 927 ⋅ 888 mod 941
≡ 239166 ⋅ 888 mod 941 ≡ 152 ⋅ 888 mod 941
≡ 134976 mod 941 ≡ 413 mod 941
Es gilt also: 689220 ≡ 413 mod 941
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 47
| =>59 | = 1⋅47 + 12 |
| =>47 | = 3⋅12 + 11 |
| =>12 | = 1⋅11 + 1 |
| =>11 | = 11⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,47)=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= 12-1⋅11 | |||
| 11= 47-3⋅12 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅12 -1⋅(47 -3⋅ 12)
= 1⋅12 -1⋅47 +3⋅ 12) = -1⋅47 +4⋅ 12 (=1) |
| 12= 59-1⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅47 +4⋅(59 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +4⋅59 -4⋅ 47) = 4⋅59 -5⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,47)=1 = 4⋅59 -5⋅47
oder wenn man 4⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -4⋅59 = -5⋅47
-5⋅47 = -4⋅59 + 1 |+59⋅47
-5⋅47 + 59⋅47 = -4⋅59 + 59⋅47 + 1
(-5 + 59) ⋅ 47 = (-4 + 47) ⋅ 59 + 1
54⋅47 = 43⋅59 + 1
Es gilt also: 54⋅47 = 43⋅59 +1
Somit 54⋅47 = 1 mod 59
54 ist also das Inverse von 47 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
