Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (599 + 2994) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(599 + 2994) mod 6 ≡ (599 mod 6 + 2994 mod 6) mod 6.
599 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 599
= 600
2994 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2994
= 3000
Somit gilt:
(599 + 2994) mod 6 ≡ (5 + 0) mod 6 ≡ 5 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (89 ⋅ 32) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(89 ⋅ 32) mod 4 ≡ (89 mod 4 ⋅ 32 mod 4) mod 4.
89 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 88 + 1 = 22 ⋅ 4 + 1 ist.
32 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 32 + 0 = 8 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(89 ⋅ 32) mod 4 ≡ (1 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 163128 mod 251.
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. 163 -> x
2. mod(x²,251) -> 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: 1631=163
2: 1632=1631+1=1631⋅1631 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 214 mod 251
4: 1634=1632+2=1632⋅1632 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 114 mod 251
8: 1638=1634+4=1634⋅1634 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 195 mod 251
16: 16316=1638+8=1638⋅1638 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 124 mod 251
32: 16332=16316+16=16316⋅16316 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 65 mod 251
64: 16364=16332+32=16332⋅16332 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 209 mod 251
128: 163128=16364+64=16364⋅16364 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 7 mod 251
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 680101 mod 691.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 101 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 101 an und zerlegen 101 in eine Summer von 2er-Potenzen:
101 = 64+32+4+1
1: 6801=680
2: 6802=6801+1=6801⋅6801 ≡ 680⋅680=462400 ≡ 121 mod 691
4: 6804=6802+2=6802⋅6802 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 130 mod 691
8: 6808=6804+4=6804⋅6804 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 316 mod 691
16: 68016=6808+8=6808⋅6808 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 352 mod 691
32: 68032=68016+16=68016⋅68016 ≡ 352⋅352=123904 ≡ 215 mod 691
64: 68064=68032+32=68032⋅68032 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 619 mod 691
680101
= 68064+32+4+1
= 68064⋅68032⋅6804⋅6801
≡ 619 ⋅ 215 ⋅ 130 ⋅ 680 mod 691
≡ 133085 ⋅ 130 ⋅ 680 mod 691 ≡ 413 ⋅ 130 ⋅ 680 mod 691
≡ 53690 ⋅ 680 mod 691 ≡ 483 ⋅ 680 mod 691
≡ 328440 mod 691 ≡ 215 mod 691
Es gilt also: 680101 ≡ 215 mod 691
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 54.
Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 54
| =>83 | = 1⋅54 + 29 |
| =>54 | = 1⋅29 + 25 |
| =>29 | = 1⋅25 + 4 |
| =>25 | = 6⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,54)=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= 25-6⋅4 | |||
| 4= 29-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -6⋅(29 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -6⋅29 +6⋅ 25) = -6⋅29 +7⋅ 25 (=1) |
| 25= 54-1⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅29 +7⋅(54 -1⋅ 29)
= -6⋅29 +7⋅54 -7⋅ 29) = 7⋅54 -13⋅ 29 (=1) |
| 29= 83-1⋅54 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅54 -13⋅(83 -1⋅ 54)
= 7⋅54 -13⋅83 +13⋅ 54) = -13⋅83 +20⋅ 54 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,54)=1 = -13⋅83 +20⋅54
oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅83 = +20⋅54
Es gilt also: 20⋅54 = 13⋅83 +1
Somit 20⋅54 = 1 mod 83
20 ist also das Inverse von 54 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
