Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (36007 + 368) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(36007 + 368) mod 9 ≡ (36007 mod 9 + 368 mod 9) mod 9.
36007 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36007
= 36000
368 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 368
= 360
Somit gilt:
(36007 + 368) mod 9 ≡ (7 + 8) mod 9 ≡ 15 mod 9 ≡ 6 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 44) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(65 ⋅ 44) mod 3 ≡ (65 mod 3 ⋅ 44 mod 3) mod 3.
65 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 63 + 2 = 21 ⋅ 3 + 2 ist.
44 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 42 + 2 = 14 ⋅ 3 + 2 ist.
Somit gilt:
(65 ⋅ 44) mod 3 ≡ (2 ⋅ 2) mod 3 ≡ 4 mod 3 ≡ 1 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 168128 mod 271.
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. 168 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 1681=168
2: 1682=1681+1=1681⋅1681 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 40 mod 271
4: 1684=1682+2=1682⋅1682 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 245 mod 271
8: 1688=1684+4=1684⋅1684 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 134 mod 271
16: 16816=1688+8=1688⋅1688 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 70 mod 271
32: 16832=16816+16=16816⋅16816 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 22 mod 271
64: 16864=16832+32=16832⋅16832 ≡ 22⋅22=484 ≡ 213 mod 271
128: 168128=16864+64=16864⋅16864 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 112 mod 271
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 421170 mod 547.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 170 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 170 an und zerlegen 170 in eine Summer von 2er-Potenzen:
170 = 128+32+8+2
1: 4211=421
2: 4212=4211+1=4211⋅4211 ≡ 421⋅421=177241 ≡ 13 mod 547
4: 4214=4212+2=4212⋅4212 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 547
8: 4218=4214+4=4214⋅4214 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 117 mod 547
16: 42116=4218+8=4218⋅4218 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 14 mod 547
32: 42132=42116+16=42116⋅42116 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 547
64: 42164=42132+32=42132⋅42132 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 126 mod 547
128: 421128=42164+64=42164⋅42164 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 13 mod 547
421170
= 421128+32+8+2
= 421128⋅42132⋅4218⋅4212
≡ 13 ⋅ 196 ⋅ 117 ⋅ 13 mod 547
≡ 2548 ⋅ 117 ⋅ 13 mod 547 ≡ 360 ⋅ 117 ⋅ 13 mod 547
≡ 42120 ⋅ 13 mod 547 ≡ 1 ⋅ 13 mod 547
≡ 13 mod 547
Es gilt also: 421170 ≡ 13 mod 547
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 20.
Also bestimme x, so dass 20 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 20
| =>53 | = 2⋅20 + 13 |
| =>20 | = 1⋅13 + 7 |
| =>13 | = 1⋅7 + 6 |
| =>7 | = 1⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,20)=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= 20-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅13 +2⋅(20 -1⋅ 13)
= -1⋅13 +2⋅20 -2⋅ 13) = 2⋅20 -3⋅ 13 (=1) |
| 13= 53-2⋅20 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅20 -3⋅(53 -2⋅ 20)
= 2⋅20 -3⋅53 +6⋅ 20) = -3⋅53 +8⋅ 20 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,20)=1 = -3⋅53 +8⋅20
oder wenn man -3⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +3⋅53 = +8⋅20
Es gilt also: 8⋅20 = 3⋅53 +1
Somit 8⋅20 = 1 mod 53
8 ist also das Inverse von 20 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
