Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (24003 - 1797) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(24003 - 1797) mod 6 ≡ (24003 mod 6 - 1797 mod 6) mod 6.
24003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24003
= 24000
1797 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1797
= 1800
Somit gilt:
(24003 - 1797) mod 6 ≡ (3 - 3) mod 6 ≡ 0 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (94 ⋅ 40) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(94 ⋅ 40) mod 4 ≡ (94 mod 4 ⋅ 40 mod 4) mod 4.
94 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 92 + 2 = 23 ⋅ 4 + 2 ist.
40 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 40 + 0 = 10 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(94 ⋅ 40) mod 4 ≡ (2 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 32264 mod 947.
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. 322 -> x
2. mod(x²,947) -> 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: 3221=322
2: 3222=3221+1=3221⋅3221 ≡ 322⋅322=103684 ≡ 461 mod 947
4: 3224=3222+2=3222⋅3222 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 393 mod 947
8: 3228=3224+4=3224⋅3224 ≡ 393⋅393=154449 ≡ 88 mod 947
16: 32216=3228+8=3228⋅3228 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 168 mod 947
32: 32232=32216+16=32216⋅32216 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 761 mod 947
64: 32264=32232+32=32232⋅32232 ≡ 761⋅761=579121 ≡ 504 mod 947
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 436107 mod 809.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 107 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 107 an und zerlegen 107 in eine Summer von 2er-Potenzen:
107 = 64+32+8+2+1
1: 4361=436
2: 4362=4361+1=4361⋅4361 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 790 mod 809
4: 4364=4362+2=4362⋅4362 ≡ 790⋅790=624100 ≡ 361 mod 809
8: 4368=4364+4=4364⋅4364 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 72 mod 809
16: 43616=4368+8=4368⋅4368 ≡ 72⋅72=5184 ≡ 330 mod 809
32: 43632=43616+16=43616⋅43616 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 494 mod 809
64: 43664=43632+32=43632⋅43632 ≡ 494⋅494=244036 ≡ 527 mod 809
436107
= 43664+32+8+2+1
= 43664⋅43632⋅4368⋅4362⋅4361
≡ 527 ⋅ 494 ⋅ 72 ⋅ 790 ⋅ 436 mod 809
≡ 260338 ⋅ 72 ⋅ 790 ⋅ 436 mod 809 ≡ 649 ⋅ 72 ⋅ 790 ⋅ 436 mod 809
≡ 46728 ⋅ 790 ⋅ 436 mod 809 ≡ 615 ⋅ 790 ⋅ 436 mod 809
≡ 485850 ⋅ 436 mod 809 ≡ 450 ⋅ 436 mod 809
≡ 196200 mod 809 ≡ 422 mod 809
Es gilt also: 436107 ≡ 422 mod 809
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 43.
Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 43
| =>73 | = 1⋅43 + 30 |
| =>43 | = 1⋅30 + 13 |
| =>30 | = 2⋅13 + 4 |
| =>13 | = 3⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,43)=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= 13-3⋅4 | |||
| 4= 30-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -3⋅(30 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -3⋅30 +6⋅ 13) = -3⋅30 +7⋅ 13 (=1) |
| 13= 43-1⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅30 +7⋅(43 -1⋅ 30)
= -3⋅30 +7⋅43 -7⋅ 30) = 7⋅43 -10⋅ 30 (=1) |
| 30= 73-1⋅43 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅43 -10⋅(73 -1⋅ 43)
= 7⋅43 -10⋅73 +10⋅ 43) = -10⋅73 +17⋅ 43 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,43)=1 = -10⋅73 +17⋅43
oder wenn man -10⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +10⋅73 = +17⋅43
Es gilt also: 17⋅43 = 10⋅73 +1
Somit 17⋅43 = 1 mod 73
17 ist also das Inverse von 43 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
