Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2700 + 27009) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2700 + 27009) mod 9 ≡ (2700 mod 9 + 27009 mod 9) mod 9.
2700 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2700
= 2700
27009 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27009
= 27000
Somit gilt:
(2700 + 27009) mod 9 ≡ (0 + 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (26 ⋅ 53) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(26 ⋅ 53) mod 9 ≡ (26 mod 9 ⋅ 53 mod 9) mod 9.
26 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 18 + 8 = 2 ⋅ 9 + 8 ist.
53 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 45 + 8 = 5 ⋅ 9 + 8 ist.
Somit gilt:
(26 ⋅ 53) mod 9 ≡ (8 ⋅ 8) mod 9 ≡ 64 mod 9 ≡ 1 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 54064 mod 911.
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. 540 -> x
2. mod(x²,911) -> 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: 5401=540
2: 5402=5401+1=5401⋅5401 ≡ 540⋅540=291600 ≡ 80 mod 911
4: 5404=5402+2=5402⋅5402 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 23 mod 911
8: 5408=5404+4=5404⋅5404 ≡ 23⋅23=529 ≡ 529 mod 911
16: 54016=5408+8=5408⋅5408 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 164 mod 911
32: 54032=54016+16=54016⋅54016 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 477 mod 911
64: 54064=54032+32=54032⋅54032 ≡ 477⋅477=227529 ≡ 690 mod 911
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 526215 mod 769.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 215 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 215 an und zerlegen 215 in eine Summer von 2er-Potenzen:
215 = 128+64+16+4+2+1
1: 5261=526
2: 5262=5261+1=5261⋅5261 ≡ 526⋅526=276676 ≡ 605 mod 769
4: 5264=5262+2=5262⋅5262 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 750 mod 769
8: 5268=5264+4=5264⋅5264 ≡ 750⋅750=562500 ≡ 361 mod 769
16: 52616=5268+8=5268⋅5268 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 360 mod 769
32: 52632=52616+16=52616⋅52616 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 408 mod 769
64: 52664=52632+32=52632⋅52632 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 360 mod 769
128: 526128=52664+64=52664⋅52664 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 408 mod 769
526215
= 526128+64+16+4+2+1
= 526128⋅52664⋅52616⋅5264⋅5262⋅5261
≡ 408 ⋅ 360 ⋅ 360 ⋅ 750 ⋅ 605 ⋅ 526 mod 769
≡ 146880 ⋅ 360 ⋅ 750 ⋅ 605 ⋅ 526 mod 769 ≡ 1 ⋅ 360 ⋅ 750 ⋅ 605 ⋅ 526 mod 769
≡ 360 ⋅ 750 ⋅ 605 ⋅ 526 mod 769
≡ 270000 ⋅ 605 ⋅ 526 mod 769 ≡ 81 ⋅ 605 ⋅ 526 mod 769
≡ 49005 ⋅ 526 mod 769 ≡ 558 ⋅ 526 mod 769
≡ 293508 mod 769 ≡ 519 mod 769
Es gilt also: 526215 ≡ 519 mod 769
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 18.
Also bestimme x, so dass 18 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 18
| =>59 | = 3⋅18 + 5 |
| =>18 | = 3⋅5 + 3 |
| =>5 | = 1⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,18)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 5-1⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(5 -1⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅5 +1⋅ 3) = -1⋅5 +2⋅ 3 (=1) |
| 3= 18-3⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅5 +2⋅(18 -3⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅18 -6⋅ 5) = 2⋅18 -7⋅ 5 (=1) |
| 5= 59-3⋅18 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅18 -7⋅(59 -3⋅ 18)
= 2⋅18 -7⋅59 +21⋅ 18) = -7⋅59 +23⋅ 18 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,18)=1 = -7⋅59 +23⋅18
oder wenn man -7⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +7⋅59 = +23⋅18
Es gilt also: 23⋅18 = 7⋅59 +1
Somit 23⋅18 = 1 mod 59
23 ist also das Inverse von 18 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.
