Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (9008 - 36000) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(9008 - 36000) mod 9 ≡ (9008 mod 9 - 36000 mod 9) mod 9.
9008 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9008
= 9000
36000 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36000
= 36000
Somit gilt:
(9008 - 36000) mod 9 ≡ (8 - 0) mod 9 ≡ 8 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 28) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(73 ⋅ 28) mod 9 ≡ (73 mod 9 ⋅ 28 mod 9) mod 9.
73 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 8 ⋅ 9 + 1 ist.
28 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 27 + 1 = 3 ⋅ 9 + 1 ist.
Somit gilt:
(73 ⋅ 28) mod 9 ≡ (1 ⋅ 1) mod 9 ≡ 1 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 34416 mod 463.
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. 344 -> x
2. mod(x²,463) -> 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: 3441=344
2: 3442=3441+1=3441⋅3441 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 271 mod 463
4: 3444=3442+2=3442⋅3442 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 287 mod 463
8: 3448=3444+4=3444⋅3444 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 418 mod 463
16: 34416=3448+8=3448⋅3448 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 173 mod 463
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 266245 mod 313.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:
245 = 128+64+32+16+4+1
1: 2661=266
2: 2662=2661+1=2661⋅2661 ≡ 266⋅266=70756 ≡ 18 mod 313
4: 2664=2662+2=2662⋅2662 ≡ 18⋅18=324 ≡ 11 mod 313
8: 2668=2664+4=2664⋅2664 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 313
16: 26616=2668+8=2668⋅2668 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 243 mod 313
32: 26632=26616+16=26616⋅26616 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 205 mod 313
64: 26664=26632+32=26632⋅26632 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 83 mod 313
128: 266128=26664+64=26664⋅26664 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 3 mod 313
266245
= 266128+64+32+16+4+1
= 266128⋅26664⋅26632⋅26616⋅2664⋅2661
≡ 3 ⋅ 83 ⋅ 205 ⋅ 243 ⋅ 11 ⋅ 266 mod 313
≡ 249 ⋅ 205 ⋅ 243 ⋅ 11 ⋅ 266 mod 313
≡ 51045 ⋅ 243 ⋅ 11 ⋅ 266 mod 313 ≡ 26 ⋅ 243 ⋅ 11 ⋅ 266 mod 313
≡ 6318 ⋅ 11 ⋅ 266 mod 313 ≡ 58 ⋅ 11 ⋅ 266 mod 313
≡ 638 ⋅ 266 mod 313 ≡ 12 ⋅ 266 mod 313
≡ 3192 mod 313 ≡ 62 mod 313
Es gilt also: 266245 ≡ 62 mod 313
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 80.
Also bestimme x, so dass 80 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 80
| =>101 | = 1⋅80 + 21 |
| =>80 | = 3⋅21 + 17 |
| =>21 | = 1⋅17 + 4 |
| =>17 | = 4⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,80)=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= 17-4⋅4 | |||
| 4= 21-1⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -4⋅(21 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -4⋅21 +4⋅ 17) = -4⋅21 +5⋅ 17 (=1) |
| 17= 80-3⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅21 +5⋅(80 -3⋅ 21)
= -4⋅21 +5⋅80 -15⋅ 21) = 5⋅80 -19⋅ 21 (=1) |
| 21= 101-1⋅80 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅80 -19⋅(101 -1⋅ 80)
= 5⋅80 -19⋅101 +19⋅ 80) = -19⋅101 +24⋅ 80 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,80)=1 = -19⋅101 +24⋅80
oder wenn man -19⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +19⋅101 = +24⋅80
Es gilt also: 24⋅80 = 19⋅101 +1
Somit 24⋅80 = 1 mod 101
24 ist also das Inverse von 80 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
