Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (4001 + 801) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(4001 + 801) mod 4 ≡ (4001 mod 4 + 801 mod 4) mod 4.
4001 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4001
= 4000
801 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 801
= 800
Somit gilt:
(4001 + 801) mod 4 ≡ (1 + 1) mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 61) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(70 ⋅ 61) mod 8 ≡ (70 mod 8 ⋅ 61 mod 8) mod 8.
70 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 64 + 6 = 8 ⋅ 8 + 6 ist.
61 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 56 + 5 = 7 ⋅ 8 + 5 ist.
Somit gilt:
(70 ⋅ 61) mod 8 ≡ (6 ⋅ 5) mod 8 ≡ 30 mod 8 ≡ 6 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 37364 mod 379.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 373 -> x
2. mod(x²,379) -> 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: 3731=373
2: 3732=3731+1=3731⋅3731 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 36 mod 379
4: 3734=3732+2=3732⋅3732 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 159 mod 379
8: 3738=3734+4=3734⋅3734 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 267 mod 379
16: 37316=3738+8=3738⋅3738 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 37 mod 379
32: 37332=37316+16=37316⋅37316 ≡ 37⋅37=1369 ≡ 232 mod 379
64: 37364=37332+32=37332⋅37332 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 6 mod 379
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 741124 mod 953.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 124 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 124 an und zerlegen 124 in eine Summer von 2er-Potenzen:
124 = 64+32+16+8+4
1: 7411=741
2: 7412=7411+1=7411⋅7411 ≡ 741⋅741=549081 ≡ 153 mod 953
4: 7414=7412+2=7412⋅7412 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 537 mod 953
8: 7418=7414+4=7414⋅7414 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 563 mod 953
16: 74116=7418+8=7418⋅7418 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 573 mod 953
32: 74132=74116+16=74116⋅74116 ≡ 573⋅573=328329 ≡ 497 mod 953
64: 74164=74132+32=74132⋅74132 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 182 mod 953
741124
= 74164+32+16+8+4
= 74164⋅74132⋅74116⋅7418⋅7414
≡ 182 ⋅ 497 ⋅ 573 ⋅ 563 ⋅ 537 mod 953
≡ 90454 ⋅ 573 ⋅ 563 ⋅ 537 mod 953 ≡ 872 ⋅ 573 ⋅ 563 ⋅ 537 mod 953
≡ 499656 ⋅ 563 ⋅ 537 mod 953 ≡ 284 ⋅ 563 ⋅ 537 mod 953
≡ 159892 ⋅ 537 mod 953 ≡ 741 ⋅ 537 mod 953
≡ 397917 mod 953 ≡ 516 mod 953
Es gilt also: 741124 ≡ 516 mod 953
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 80.
Also bestimme x, so dass 80 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 80
| =>83 | = 1⋅80 + 3 |
| =>80 | = 26⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,80)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 80-26⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(80 -26⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅80 +26⋅ 3) = -1⋅80 +27⋅ 3 (=1) |
| 3= 83-1⋅80 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅80 +27⋅(83 -1⋅ 80)
= -1⋅80 +27⋅83 -27⋅ 80) = 27⋅83 -28⋅ 80 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,80)=1 = 27⋅83 -28⋅80
oder wenn man 27⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -27⋅83 = -28⋅80
-28⋅80 = -27⋅83 + 1 |+83⋅80
-28⋅80 + 83⋅80 = -27⋅83 + 83⋅80 + 1
(-28 + 83) ⋅ 80 = (-27 + 80) ⋅ 83 + 1
55⋅80 = 53⋅83 + 1
Es gilt also: 55⋅80 = 53⋅83 +1
Somit 55⋅80 = 1 mod 83
55 ist also das Inverse von 80 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
