Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (116 + 2999) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(116 + 2999) mod 6 ≡ (116 mod 6 + 2999 mod 6) mod 6.
116 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 116
= 120
2999 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2999
= 3000
Somit gilt:
(116 + 2999) mod 6 ≡ (2 + 5) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 78) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(53 ⋅ 78) mod 3 ≡ (53 mod 3 ⋅ 78 mod 3) mod 3.
53 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 51 + 2 = 17 ⋅ 3 + 2 ist.
78 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 78 + 0 = 26 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(53 ⋅ 78) mod 3 ≡ (2 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 196128 mod 227.
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. 196 -> x
2. mod(x²,227) -> 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: 1961=196
2: 1962=1961+1=1961⋅1961 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 53 mod 227
4: 1964=1962+2=1962⋅1962 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 85 mod 227
8: 1968=1964+4=1964⋅1964 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 188 mod 227
16: 19616=1968+8=1968⋅1968 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 159 mod 227
32: 19632=19616+16=19616⋅19616 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 84 mod 227
64: 19664=19632+32=19632⋅19632 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 19 mod 227
128: 196128=19664+64=19664⋅19664 ≡ 19⋅19=361 ≡ 134 mod 227
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 294202 mod 971.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 202 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 202 an und zerlegen 202 in eine Summer von 2er-Potenzen:
202 = 128+64+8+2
1: 2941=294
2: 2942=2941+1=2941⋅2941 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 17 mod 971
4: 2944=2942+2=2942⋅2942 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 971
8: 2948=2944+4=2944⋅2944 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 15 mod 971
16: 29416=2948+8=2948⋅2948 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 971
32: 29432=29416+16=29416⋅29416 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 133 mod 971
64: 29464=29432+32=29432⋅29432 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 211 mod 971
128: 294128=29464+64=29464⋅29464 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 826 mod 971
294202
= 294128+64+8+2
= 294128⋅29464⋅2948⋅2942
≡ 826 ⋅ 211 ⋅ 15 ⋅ 17 mod 971
≡ 174286 ⋅ 15 ⋅ 17 mod 971 ≡ 477 ⋅ 15 ⋅ 17 mod 971
≡ 7155 ⋅ 17 mod 971 ≡ 358 ⋅ 17 mod 971
≡ 6086 mod 971 ≡ 260 mod 971
Es gilt also: 294202 ≡ 260 mod 971
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 33.
Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 33
| =>79 | = 2⋅33 + 13 |
| =>33 | = 2⋅13 + 7 |
| =>13 | = 1⋅7 + 6 |
| =>7 | = 1⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,33)=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= 7-1⋅6 | |||
| 6= 13-1⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -1⋅(13 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅13 +1⋅ 7) = -1⋅13 +2⋅ 7 (=1) |
| 7= 33-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅13 +2⋅(33 -2⋅ 13)
= -1⋅13 +2⋅33 -4⋅ 13) = 2⋅33 -5⋅ 13 (=1) |
| 13= 79-2⋅33 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅33 -5⋅(79 -2⋅ 33)
= 2⋅33 -5⋅79 +10⋅ 33) = -5⋅79 +12⋅ 33 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,33)=1 = -5⋅79 +12⋅33
oder wenn man -5⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅79 = +12⋅33
Es gilt also: 12⋅33 = 5⋅79 +1
Somit 12⋅33 = 1 mod 79
12 ist also das Inverse von 33 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
