Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (118 - 15000) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(118 - 15000) mod 3 ≡ (118 mod 3 - 15000 mod 3) mod 3.
118 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 118
= 120
15000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15000
= 15000
Somit gilt:
(118 - 15000) mod 3 ≡ (1 - 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (96 ⋅ 75) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(96 ⋅ 75) mod 11 ≡ (96 mod 11 ⋅ 75 mod 11) mod 11.
96 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 88 + 8 = 8 ⋅ 11 + 8 ist.
75 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 66 + 9 = 6 ⋅ 11 + 9 ist.
Somit gilt:
(96 ⋅ 75) mod 11 ≡ (8 ⋅ 9) mod 11 ≡ 72 mod 11 ≡ 6 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 495128 mod 557.
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. 495 -> x
2. mod(x²,557) -> 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: 4951=495
2: 4952=4951+1=4951⋅4951 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 502 mod 557
4: 4954=4952+2=4952⋅4952 ≡ 502⋅502=252004 ≡ 240 mod 557
8: 4958=4954+4=4954⋅4954 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 229 mod 557
16: 49516=4958+8=4958⋅4958 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 83 mod 557
32: 49532=49516+16=49516⋅49516 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 205 mod 557
64: 49564=49532+32=49532⋅49532 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 250 mod 557
128: 495128=49564+64=49564⋅49564 ≡ 250⋅250=62500 ≡ 116 mod 557
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 515204 mod 857.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 204 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 204 an und zerlegen 204 in eine Summer von 2er-Potenzen:
204 = 128+64+8+4
1: 5151=515
2: 5152=5151+1=5151⋅5151 ≡ 515⋅515=265225 ≡ 412 mod 857
4: 5154=5152+2=5152⋅5152 ≡ 412⋅412=169744 ≡ 58 mod 857
8: 5158=5154+4=5154⋅5154 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 793 mod 857
16: 51516=5158+8=5158⋅5158 ≡ 793⋅793=628849 ≡ 668 mod 857
32: 51532=51516+16=51516⋅51516 ≡ 668⋅668=446224 ≡ 584 mod 857
64: 51564=51532+32=51532⋅51532 ≡ 584⋅584=341056 ≡ 827 mod 857
128: 515128=51564+64=51564⋅51564 ≡ 827⋅827=683929 ≡ 43 mod 857
515204
= 515128+64+8+4
= 515128⋅51564⋅5158⋅5154
≡ 43 ⋅ 827 ⋅ 793 ⋅ 58 mod 857
≡ 35561 ⋅ 793 ⋅ 58 mod 857 ≡ 424 ⋅ 793 ⋅ 58 mod 857
≡ 336232 ⋅ 58 mod 857 ≡ 288 ⋅ 58 mod 857
≡ 16704 mod 857 ≡ 421 mod 857
Es gilt also: 515204 ≡ 421 mod 857
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 92.
Also bestimme x, so dass 92 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 92
| =>101 | = 1⋅92 + 9 |
| =>92 | = 10⋅9 + 2 |
| =>9 | = 4⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,92)=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= 9-4⋅2 | |||
| 2= 92-10⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -4⋅(92 -10⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅92 +40⋅ 9) = -4⋅92 +41⋅ 9 (=1) |
| 9= 101-1⋅92 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅92 +41⋅(101 -1⋅ 92)
= -4⋅92 +41⋅101 -41⋅ 92) = 41⋅101 -45⋅ 92 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,92)=1 = 41⋅101 -45⋅92
oder wenn man 41⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -41⋅101 = -45⋅92
-45⋅92 = -41⋅101 + 1 |+101⋅92
-45⋅92 + 101⋅92 = -41⋅101 + 101⋅92 + 1
(-45 + 101) ⋅ 92 = (-41 + 92) ⋅ 101 + 1
56⋅92 = 51⋅101 + 1
Es gilt also: 56⋅92 = 51⋅101 +1
Somit 56⋅92 = 1 mod 101
56 ist also das Inverse von 92 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
