Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (14000 + 345) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(14000 + 345) mod 7 ≡ (14000 mod 7 + 345 mod 7) mod 7.
14000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14000
= 14000
345 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 345
= 350
Somit gilt:
(14000 + 345) mod 7 ≡ (0 + 2) mod 7 ≡ 2 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 83) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15 ⋅ 83) mod 10 ≡ (15 mod 10 ⋅ 83 mod 10) mod 10.
15 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 10 + 5 = 1 ⋅ 10 + 5 ist.
83 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80 + 3 = 8 ⋅ 10 + 3 ist.
Somit gilt:
(15 ⋅ 83) mod 10 ≡ (5 ⋅ 3) mod 10 ≡ 15 mod 10 ≡ 5 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 19332 mod 271.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 193 -> 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: 1931=193
2: 1932=1931+1=1931⋅1931 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 122 mod 271
4: 1934=1932+2=1932⋅1932 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 250 mod 271
8: 1938=1934+4=1934⋅1934 ≡ 250⋅250=62500 ≡ 170 mod 271
16: 19316=1938+8=1938⋅1938 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 174 mod 271
32: 19332=19316+16=19316⋅19316 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 195 mod 271
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 209123 mod 409.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 123 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 123 an und zerlegen 123 in eine Summer von 2er-Potenzen:
123 = 64+32+16+8+2+1
1: 2091=209
2: 2092=2091+1=2091⋅2091 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 327 mod 409
4: 2094=2092+2=2092⋅2092 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 180 mod 409
8: 2098=2094+4=2094⋅2094 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 89 mod 409
16: 20916=2098+8=2098⋅2098 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 150 mod 409
32: 20932=20916+16=20916⋅20916 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 5 mod 409
64: 20964=20932+32=20932⋅20932 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 409
209123
= 20964+32+16+8+2+1
= 20964⋅20932⋅20916⋅2098⋅2092⋅2091
≡ 25 ⋅ 5 ⋅ 150 ⋅ 89 ⋅ 327 ⋅ 209 mod 409
≡ 125 ⋅ 150 ⋅ 89 ⋅ 327 ⋅ 209 mod 409
≡ 18750 ⋅ 89 ⋅ 327 ⋅ 209 mod 409 ≡ 345 ⋅ 89 ⋅ 327 ⋅ 209 mod 409
≡ 30705 ⋅ 327 ⋅ 209 mod 409 ≡ 30 ⋅ 327 ⋅ 209 mod 409
≡ 9810 ⋅ 209 mod 409 ≡ 403 ⋅ 209 mod 409
≡ 84227 mod 409 ≡ 382 mod 409
Es gilt also: 209123 ≡ 382 mod 409
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 38.
Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 38
| =>53 | = 1⋅38 + 15 |
| =>38 | = 2⋅15 + 8 |
| =>15 | = 1⋅8 + 7 |
| =>8 | = 1⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,38)=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= 8-1⋅7 | |||
| 7= 15-1⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅8 -1⋅(15 -1⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅15 +1⋅ 8) = -1⋅15 +2⋅ 8 (=1) |
| 8= 38-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅15 +2⋅(38 -2⋅ 15)
= -1⋅15 +2⋅38 -4⋅ 15) = 2⋅38 -5⋅ 15 (=1) |
| 15= 53-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅38 -5⋅(53 -1⋅ 38)
= 2⋅38 -5⋅53 +5⋅ 38) = -5⋅53 +7⋅ 38 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,38)=1 = -5⋅53 +7⋅38
oder wenn man -5⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅53 = +7⋅38
Es gilt also: 7⋅38 = 5⋅53 +1
Somit 7⋅38 = 1 mod 53
7 ist also das Inverse von 38 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
