Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (23996 + 2399) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23996 + 2399) mod 6 ≡ (23996 mod 6 + 2399 mod 6) mod 6.
23996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23996
= 24000
2399 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2399
= 2400
Somit gilt:
(23996 + 2399) mod 6 ≡ (2 + 5) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 67) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(32 ⋅ 67) mod 11 ≡ (32 mod 11 ⋅ 67 mod 11) mod 11.
32 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 22 + 10 = 2 ⋅ 11 + 10 ist.
67 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 66 + 1 = 6 ⋅ 11 + 1 ist.
Somit gilt:
(32 ⋅ 67) mod 11 ≡ (10 ⋅ 1) mod 11 ≡ 10 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 51564 mod 557.
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. 515 -> x
2. mod(x²,557) -> 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: 5151=515
2: 5152=5151+1=5151⋅5151 ≡ 515⋅515=265225 ≡ 93 mod 557
4: 5154=5152+2=5152⋅5152 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 294 mod 557
8: 5158=5154+4=5154⋅5154 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 101 mod 557
16: 51516=5158+8=5158⋅5158 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 175 mod 557
32: 51532=51516+16=51516⋅51516 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 547 mod 557
64: 51564=51532+32=51532⋅51532 ≡ 547⋅547=299209 ≡ 100 mod 557
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 551156 mod 907.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 156 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 156 an und zerlegen 156 in eine Summer von 2er-Potenzen:
156 = 128+16+8+4
1: 5511=551
2: 5512=5511+1=5511⋅5511 ≡ 551⋅551=303601 ≡ 663 mod 907
4: 5514=5512+2=5512⋅5512 ≡ 663⋅663=439569 ≡ 581 mod 907
8: 5518=5514+4=5514⋅5514 ≡ 581⋅581=337561 ≡ 157 mod 907
16: 55116=5518+8=5518⋅5518 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 160 mod 907
32: 55132=55116+16=55116⋅55116 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 204 mod 907
64: 55164=55132+32=55132⋅55132 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 801 mod 907
128: 551128=55164+64=55164⋅55164 ≡ 801⋅801=641601 ≡ 352 mod 907
551156
= 551128+16+8+4
= 551128⋅55116⋅5518⋅5514
≡ 352 ⋅ 160 ⋅ 157 ⋅ 581 mod 907
≡ 56320 ⋅ 157 ⋅ 581 mod 907 ≡ 86 ⋅ 157 ⋅ 581 mod 907
≡ 13502 ⋅ 581 mod 907 ≡ 804 ⋅ 581 mod 907
≡ 467124 mod 907 ≡ 19 mod 907
Es gilt also: 551156 ≡ 19 mod 907
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 75.
Also bestimme x, so dass 75 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 75
| =>97 | = 1⋅75 + 22 |
| =>75 | = 3⋅22 + 9 |
| =>22 | = 2⋅9 + 4 |
| =>9 | = 2⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,75)=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= 9-2⋅4 | |||
| 4= 22-2⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -2⋅(22 -2⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅22 +4⋅ 9) = -2⋅22 +5⋅ 9 (=1) |
| 9= 75-3⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅22 +5⋅(75 -3⋅ 22)
= -2⋅22 +5⋅75 -15⋅ 22) = 5⋅75 -17⋅ 22 (=1) |
| 22= 97-1⋅75 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅75 -17⋅(97 -1⋅ 75)
= 5⋅75 -17⋅97 +17⋅ 75) = -17⋅97 +22⋅ 75 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,75)=1 = -17⋅97 +22⋅75
oder wenn man -17⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +17⋅97 = +22⋅75
Es gilt also: 22⋅75 = 17⋅97 +1
Somit 22⋅75 = 1 mod 97
22 ist also das Inverse von 75 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
