Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (148 + 151) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(148 + 151) mod 3 ≡ (148 mod 3 + 151 mod 3) mod 3.
148 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 148
= 150
151 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 151
= 150
Somit gilt:
(148 + 151) mod 3 ≡ (1 + 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (39 ⋅ 27) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(39 ⋅ 27) mod 8 ≡ (39 mod 8 ⋅ 27 mod 8) mod 8.
39 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 32 + 7 = 4 ⋅ 8 + 7 ist.
27 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 24 + 3 = 3 ⋅ 8 + 3 ist.
Somit gilt:
(39 ⋅ 27) mod 8 ≡ (7 ⋅ 3) mod 8 ≡ 21 mod 8 ≡ 5 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 17932 mod 239.
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. 179 -> x
2. mod(x²,239) -> 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: 1791=179
2: 1792=1791+1=1791⋅1791 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 15 mod 239
4: 1794=1792+2=1792⋅1792 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 239
8: 1798=1794+4=1794⋅1794 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 196 mod 239
16: 17916=1798+8=1798⋅1798 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 176 mod 239
32: 17932=17916+16=17916⋅17916 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 145 mod 239
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 736234 mod 821.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 234 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 234 an und zerlegen 234 in eine Summer von 2er-Potenzen:
234 = 128+64+32+8+2
1: 7361=736
2: 7362=7361+1=7361⋅7361 ≡ 736⋅736=541696 ≡ 657 mod 821
4: 7364=7362+2=7362⋅7362 ≡ 657⋅657=431649 ≡ 624 mod 821
8: 7368=7364+4=7364⋅7364 ≡ 624⋅624=389376 ≡ 222 mod 821
16: 73616=7368+8=7368⋅7368 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 24 mod 821
32: 73632=73616+16=73616⋅73616 ≡ 24⋅24=576 ≡ 576 mod 821
64: 73664=73632+32=73632⋅73632 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 92 mod 821
128: 736128=73664+64=73664⋅73664 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 254 mod 821
736234
= 736128+64+32+8+2
= 736128⋅73664⋅73632⋅7368⋅7362
≡ 254 ⋅ 92 ⋅ 576 ⋅ 222 ⋅ 657 mod 821
≡ 23368 ⋅ 576 ⋅ 222 ⋅ 657 mod 821 ≡ 380 ⋅ 576 ⋅ 222 ⋅ 657 mod 821
≡ 218880 ⋅ 222 ⋅ 657 mod 821 ≡ 494 ⋅ 222 ⋅ 657 mod 821
≡ 109668 ⋅ 657 mod 821 ≡ 475 ⋅ 657 mod 821
≡ 312075 mod 821 ≡ 95 mod 821
Es gilt also: 736234 ≡ 95 mod 821
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 59
| =>71 | = 1⋅59 + 12 |
| =>59 | = 4⋅12 + 11 |
| =>12 | = 1⋅11 + 1 |
| =>11 | = 11⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,59)=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= 12-1⋅11 | |||
| 11= 59-4⋅12 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅12 -1⋅(59 -4⋅ 12)
= 1⋅12 -1⋅59 +4⋅ 12) = -1⋅59 +5⋅ 12 (=1) |
| 12= 71-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅59 +5⋅(71 -1⋅ 59)
= -1⋅59 +5⋅71 -5⋅ 59) = 5⋅71 -6⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,59)=1 = 5⋅71 -6⋅59
oder wenn man 5⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅71 = -6⋅59
-6⋅59 = -5⋅71 + 1 |+71⋅59
-6⋅59 + 71⋅59 = -5⋅71 + 71⋅59 + 1
(-6 + 71) ⋅ 59 = (-5 + 59) ⋅ 71 + 1
65⋅59 = 54⋅71 + 1
Es gilt also: 65⋅59 = 54⋅71 +1
Somit 65⋅59 = 1 mod 71
65 ist also das Inverse von 59 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
