Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3000 - 120) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3000 - 120) mod 3 ≡ (3000 mod 3 - 120 mod 3) mod 3.
3000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000
= 3000
120 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 120
= 120
Somit gilt:
(3000 - 120) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 97) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(73 ⋅ 97) mod 10 ≡ (73 mod 10 ⋅ 97 mod 10) mod 10.
73 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 70 + 3 = 7 ⋅ 10 + 3 ist.
97 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 90 + 7 = 9 ⋅ 10 + 7 ist.
Somit gilt:
(73 ⋅ 97) mod 10 ≡ (3 ⋅ 7) mod 10 ≡ 21 mod 10 ≡ 1 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 865128 mod 937.
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. 865 -> x
2. mod(x²,937) -> 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: 8651=865
2: 8652=8651+1=8651⋅8651 ≡ 865⋅865=748225 ≡ 499 mod 937
4: 8654=8652+2=8652⋅8652 ≡ 499⋅499=249001 ≡ 696 mod 937
8: 8658=8654+4=8654⋅8654 ≡ 696⋅696=484416 ≡ 924 mod 937
16: 86516=8658+8=8658⋅8658 ≡ 924⋅924=853776 ≡ 169 mod 937
32: 86532=86516+16=86516⋅86516 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 451 mod 937
64: 86564=86532+32=86532⋅86532 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 72 mod 937
128: 865128=86564+64=86564⋅86564 ≡ 72⋅72=5184 ≡ 499 mod 937
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 225153 mod 337.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 153 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 153 an und zerlegen 153 in eine Summer von 2er-Potenzen:
153 = 128+16+8+1
1: 2251=225
2: 2252=2251+1=2251⋅2251 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 75 mod 337
4: 2254=2252+2=2252⋅2252 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 233 mod 337
8: 2258=2254+4=2254⋅2254 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 32 mod 337
16: 22516=2258+8=2258⋅2258 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 13 mod 337
32: 22532=22516+16=22516⋅22516 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 337
64: 22564=22532+32=22532⋅22532 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 253 mod 337
128: 225128=22564+64=22564⋅22564 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 316 mod 337
225153
= 225128+16+8+1
= 225128⋅22516⋅2258⋅2251
≡ 316 ⋅ 13 ⋅ 32 ⋅ 225 mod 337
≡ 4108 ⋅ 32 ⋅ 225 mod 337 ≡ 64 ⋅ 32 ⋅ 225 mod 337
≡ 2048 ⋅ 225 mod 337 ≡ 26 ⋅ 225 mod 337
≡ 5850 mod 337 ≡ 121 mod 337
Es gilt also: 225153 ≡ 121 mod 337
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 31.
Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 31
| =>71 | = 2⋅31 + 9 |
| =>31 | = 3⋅9 + 4 |
| =>9 | = 2⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,31)=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= 9-2⋅4 | |||
| 4= 31-3⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -2⋅(31 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅31 +6⋅ 9) = -2⋅31 +7⋅ 9 (=1) |
| 9= 71-2⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅31 +7⋅(71 -2⋅ 31)
= -2⋅31 +7⋅71 -14⋅ 31) = 7⋅71 -16⋅ 31 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,31)=1 = 7⋅71 -16⋅31
oder wenn man 7⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅71 = -16⋅31
-16⋅31 = -7⋅71 + 1 |+71⋅31
-16⋅31 + 71⋅31 = -7⋅71 + 71⋅31 + 1
(-16 + 71) ⋅ 31 = (-7 + 31) ⋅ 71 + 1
55⋅31 = 24⋅71 + 1
Es gilt also: 55⋅31 = 24⋅71 +1
Somit 55⋅31 = 1 mod 71
55 ist also das Inverse von 31 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
