Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (233 + 808) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(233 + 808) mod 8 ≡ (233 mod 8 + 808 mod 8) mod 8.
233 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 233
= 240
808 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 808
= 800
Somit gilt:
(233 + 808) mod 8 ≡ (1 + 0) mod 8 ≡ 1 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 82) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(18 ⋅ 82) mod 5 ≡ (18 mod 5 ⋅ 82 mod 5) mod 5.
18 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 15 + 3 = 3 ⋅ 5 + 3 ist.
82 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 80 + 2 = 16 ⋅ 5 + 2 ist.
Somit gilt:
(18 ⋅ 82) mod 5 ≡ (3 ⋅ 2) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 721128 mod 857.
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. 721 -> x
2. mod(x²,857) -> 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: 7211=721
2: 7212=7211+1=7211⋅7211 ≡ 721⋅721=519841 ≡ 499 mod 857
4: 7214=7212+2=7212⋅7212 ≡ 499⋅499=249001 ≡ 471 mod 857
8: 7218=7214+4=7214⋅7214 ≡ 471⋅471=221841 ≡ 735 mod 857
16: 72116=7218+8=7218⋅7218 ≡ 735⋅735=540225 ≡ 315 mod 857
32: 72132=72116+16=72116⋅72116 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 670 mod 857
64: 72164=72132+32=72132⋅72132 ≡ 670⋅670=448900 ≡ 689 mod 857
128: 721128=72164+64=72164⋅72164 ≡ 689⋅689=474721 ≡ 800 mod 857
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 68193 mod 719.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 93 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 93 an und zerlegen 93 in eine Summer von 2er-Potenzen:
93 = 64+16+8+4+1
1: 6811=681
2: 6812=6811+1=6811⋅6811 ≡ 681⋅681=463761 ≡ 6 mod 719
4: 6814=6812+2=6812⋅6812 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 719
8: 6818=6814+4=6814⋅6814 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 577 mod 719
16: 68116=6818+8=6818⋅6818 ≡ 577⋅577=332929 ≡ 32 mod 719
32: 68132=68116+16=68116⋅68116 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 305 mod 719
64: 68164=68132+32=68132⋅68132 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 274 mod 719
68193
= 68164+16+8+4+1
= 68164⋅68116⋅6818⋅6814⋅6811
≡ 274 ⋅ 32 ⋅ 577 ⋅ 36 ⋅ 681 mod 719
≡ 8768 ⋅ 577 ⋅ 36 ⋅ 681 mod 719 ≡ 140 ⋅ 577 ⋅ 36 ⋅ 681 mod 719
≡ 80780 ⋅ 36 ⋅ 681 mod 719 ≡ 252 ⋅ 36 ⋅ 681 mod 719
≡ 9072 ⋅ 681 mod 719 ≡ 444 ⋅ 681 mod 719
≡ 302364 mod 719 ≡ 384 mod 719
Es gilt also: 68193 ≡ 384 mod 719
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 42
| =>71 | = 1⋅42 + 29 |
| =>42 | = 1⋅29 + 13 |
| =>29 | = 2⋅13 + 3 |
| =>13 | = 4⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,42)=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= 13-4⋅3 | |||
| 3= 29-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -4⋅(29 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅29 +8⋅ 13) = -4⋅29 +9⋅ 13 (=1) |
| 13= 42-1⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅29 +9⋅(42 -1⋅ 29)
= -4⋅29 +9⋅42 -9⋅ 29) = 9⋅42 -13⋅ 29 (=1) |
| 29= 71-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 9⋅42 -13⋅(71 -1⋅ 42)
= 9⋅42 -13⋅71 +13⋅ 42) = -13⋅71 +22⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,42)=1 = -13⋅71 +22⋅42
oder wenn man -13⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅71 = +22⋅42
Es gilt also: 22⋅42 = 13⋅71 +1
Somit 22⋅42 = 1 mod 71
22 ist also das Inverse von 42 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
