Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (160 - 20002) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(160 - 20002) mod 4 ≡ (160 mod 4 - 20002 mod 4) mod 4.
160 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 160
= 160
20002 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20002
= 20000
Somit gilt:
(160 - 20002) mod 4 ≡ (0 - 2) mod 4 ≡ -2 mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (56 ⋅ 92) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(56 ⋅ 92) mod 11 ≡ (56 mod 11 ⋅ 92 mod 11) mod 11.
56 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 55 + 1 = 5 ⋅ 11 + 1 ist.
92 mod 11 ≡ 4 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 88 + 4 = 8 ⋅ 11 + 4 ist.
Somit gilt:
(56 ⋅ 92) mod 11 ≡ (1 ⋅ 4) mod 11 ≡ 4 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 459128 mod 613.
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. 459 -> x
2. mod(x²,613) -> 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: 4591=459
2: 4592=4591+1=4591⋅4591 ≡ 459⋅459=210681 ≡ 422 mod 613
4: 4594=4592+2=4592⋅4592 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 314 mod 613
8: 4598=4594+4=4594⋅4594 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 516 mod 613
16: 45916=4598+8=4598⋅4598 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 214 mod 613
32: 45932=45916+16=45916⋅45916 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 434 mod 613
64: 45964=45932+32=45932⋅45932 ≡ 434⋅434=188356 ≡ 165 mod 613
128: 459128=45964+64=45964⋅45964 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 253 mod 613
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 194163 mod 311.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 163 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 163 an und zerlegen 163 in eine Summer von 2er-Potenzen:
163 = 128+32+2+1
1: 1941=194
2: 1942=1941+1=1941⋅1941 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 5 mod 311
4: 1944=1942+2=1942⋅1942 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 311
8: 1948=1944+4=1944⋅1944 ≡ 25⋅25=625 ≡ 3 mod 311
16: 19416=1948+8=1948⋅1948 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 311
32: 19432=19416+16=19416⋅19416 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 311
64: 19464=19432+32=19432⋅19432 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 30 mod 311
128: 194128=19464+64=19464⋅19464 ≡ 30⋅30=900 ≡ 278 mod 311
194163
= 194128+32+2+1
= 194128⋅19432⋅1942⋅1941
≡ 278 ⋅ 81 ⋅ 5 ⋅ 194 mod 311
≡ 22518 ⋅ 5 ⋅ 194 mod 311 ≡ 126 ⋅ 5 ⋅ 194 mod 311
≡ 630 ⋅ 194 mod 311 ≡ 8 ⋅ 194 mod 311
≡ 1552 mod 311 ≡ 308 mod 311
Es gilt also: 194163 ≡ 308 mod 311
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 = 43 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
