Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2505 + 246) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2505 + 246) mod 5 ≡ (2505 mod 5 + 246 mod 5) mod 5.
2505 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2505
= 2500
246 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 246
= 240
Somit gilt:
(2505 + 246) mod 5 ≡ (0 + 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (75 ⋅ 26) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(75 ⋅ 26) mod 9 ≡ (75 mod 9 ⋅ 26 mod 9) mod 9.
75 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 8 ⋅ 9 + 3 ist.
26 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 18 + 8 = 2 ⋅ 9 + 8 ist.
Somit gilt:
(75 ⋅ 26) mod 9 ≡ (3 ⋅ 8) mod 9 ≡ 24 mod 9 ≡ 6 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 76064 mod 881.
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. 760 -> x
2. mod(x²,881) -> 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: 7601=760
2: 7602=7601+1=7601⋅7601 ≡ 760⋅760=577600 ≡ 545 mod 881
4: 7604=7602+2=7602⋅7602 ≡ 545⋅545=297025 ≡ 128 mod 881
8: 7608=7604+4=7604⋅7604 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 526 mod 881
16: 76016=7608+8=7608⋅7608 ≡ 526⋅526=276676 ≡ 42 mod 881
32: 76032=76016+16=76016⋅76016 ≡ 42⋅42=1764 ≡ 2 mod 881
64: 76064=76032+32=76032⋅76032 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 881
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 249120 mod 743.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 120 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 120 an und zerlegen 120 in eine Summer von 2er-Potenzen:
120 = 64+32+16+8
1: 2491=249
2: 2492=2491+1=2491⋅2491 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 332 mod 743
4: 2494=2492+2=2492⋅2492 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 260 mod 743
8: 2498=2494+4=2494⋅2494 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 730 mod 743
16: 24916=2498+8=2498⋅2498 ≡ 730⋅730=532900 ≡ 169 mod 743
32: 24932=24916+16=24916⋅24916 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 327 mod 743
64: 24964=24932+32=24932⋅24932 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 680 mod 743
249120
= 24964+32+16+8
= 24964⋅24932⋅24916⋅2498
≡ 680 ⋅ 327 ⋅ 169 ⋅ 730 mod 743
≡ 222360 ⋅ 169 ⋅ 730 mod 743 ≡ 203 ⋅ 169 ⋅ 730 mod 743
≡ 34307 ⋅ 730 mod 743 ≡ 129 ⋅ 730 mod 743
≡ 94170 mod 743 ≡ 552 mod 743
Es gilt also: 249120 ≡ 552 mod 743
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 30.
Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 30
| =>83 | = 2⋅30 + 23 |
| =>30 | = 1⋅23 + 7 |
| =>23 | = 3⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,30)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 23-3⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(23 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅23 +9⋅ 7) = -3⋅23 +10⋅ 7 (=1) |
| 7= 30-1⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅23 +10⋅(30 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +10⋅30 -10⋅ 23) = 10⋅30 -13⋅ 23 (=1) |
| 23= 83-2⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 10⋅30 -13⋅(83 -2⋅ 30)
= 10⋅30 -13⋅83 +26⋅ 30) = -13⋅83 +36⋅ 30 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,30)=1 = -13⋅83 +36⋅30
oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅83 = +36⋅30
Es gilt also: 36⋅30 = 13⋅83 +1
Somit 36⋅30 = 1 mod 83
36 ist also das Inverse von 30 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
