Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2397 + 164) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2397 + 164) mod 8 ≡ (2397 mod 8 + 164 mod 8) mod 8.
2397 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2397
= 2400
164 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 164
= 160
Somit gilt:
(2397 + 164) mod 8 ≡ (5 + 4) mod 8 ≡ 9 mod 8 ≡ 1 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 49) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(32 ⋅ 49) mod 7 ≡ (32 mod 7 ⋅ 49 mod 7) mod 7.
32 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 28 + 4 = 4 ⋅ 7 + 4 ist.
49 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 49 + 0 = 7 ⋅ 7 + 0 ist.
Somit gilt:
(32 ⋅ 49) mod 7 ≡ (4 ⋅ 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 269128 mod 509.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 269 -> x
2. mod(x²,509) -> 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: 2691=269
2: 2692=2691+1=2691⋅2691 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 83 mod 509
4: 2694=2692+2=2692⋅2692 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 272 mod 509
8: 2698=2694+4=2694⋅2694 ≡ 272⋅272=73984 ≡ 179 mod 509
16: 26916=2698+8=2698⋅2698 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 483 mod 509
32: 26932=26916+16=26916⋅26916 ≡ 483⋅483=233289 ≡ 167 mod 509
64: 26964=26932+32=26932⋅26932 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 403 mod 509
128: 269128=26964+64=26964⋅26964 ≡ 403⋅403=162409 ≡ 38 mod 509
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 413118 mod 613.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 118 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 118 an und zerlegen 118 in eine Summer von 2er-Potenzen:
118 = 64+32+16+4+2
1: 4131=413
2: 4132=4131+1=4131⋅4131 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 155 mod 613
4: 4134=4132+2=4132⋅4132 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 118 mod 613
8: 4138=4134+4=4134⋅4134 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 438 mod 613
16: 41316=4138+8=4138⋅4138 ≡ 438⋅438=191844 ≡ 588 mod 613
32: 41332=41316+16=41316⋅41316 ≡ 588⋅588=345744 ≡ 12 mod 613
64: 41364=41332+32=41332⋅41332 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 613
413118
= 41364+32+16+4+2
= 41364⋅41332⋅41316⋅4134⋅4132
≡ 144 ⋅ 12 ⋅ 588 ⋅ 118 ⋅ 155 mod 613
≡ 1728 ⋅ 588 ⋅ 118 ⋅ 155 mod 613 ≡ 502 ⋅ 588 ⋅ 118 ⋅ 155 mod 613
≡ 295176 ⋅ 118 ⋅ 155 mod 613 ≡ 323 ⋅ 118 ⋅ 155 mod 613
≡ 38114 ⋅ 155 mod 613 ≡ 108 ⋅ 155 mod 613
≡ 16740 mod 613 ≡ 189 mod 613
Es gilt also: 413118 ≡ 189 mod 613
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 82.
Also bestimme x, so dass 82 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 82
| =>89 | = 1⋅82 + 7 |
| =>82 | = 11⋅7 + 5 |
| =>7 | = 1⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,82)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 7-1⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(7 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅7 +2⋅ 5) = -2⋅7 +3⋅ 5 (=1) |
| 5= 82-11⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅7 +3⋅(82 -11⋅ 7)
= -2⋅7 +3⋅82 -33⋅ 7) = 3⋅82 -35⋅ 7 (=1) |
| 7= 89-1⋅82 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅82 -35⋅(89 -1⋅ 82)
= 3⋅82 -35⋅89 +35⋅ 82) = -35⋅89 +38⋅ 82 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,82)=1 = -35⋅89 +38⋅82
oder wenn man -35⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +35⋅89 = +38⋅82
Es gilt also: 38⋅82 = 35⋅89 +1
Somit 38⋅82 = 1 mod 89
38 ist also das Inverse von 82 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
