Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (19995 + 10000) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(19995 + 10000) mod 5 ≡ (19995 mod 5 + 10000 mod 5) mod 5.
19995 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19995
= 19000
10000 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 10000
= 10000
Somit gilt:
(19995 + 10000) mod 5 ≡ (0 + 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 67) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(46 ⋅ 67) mod 4 ≡ (46 mod 4 ⋅ 67 mod 4) mod 4.
46 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 44 + 2 = 11 ⋅ 4 + 2 ist.
67 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 64 + 3 = 16 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(46 ⋅ 67) mod 4 ≡ (2 ⋅ 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 375128 mod 743.
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. 375 -> x
2. mod(x²,743) -> 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: 3751=375
2: 3752=3751+1=3751⋅3751 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 198 mod 743
4: 3754=3752+2=3752⋅3752 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 568 mod 743
8: 3758=3754+4=3754⋅3754 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 162 mod 743
16: 37516=3758+8=3758⋅3758 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 239 mod 743
32: 37532=37516+16=37516⋅37516 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 653 mod 743
64: 37564=37532+32=37532⋅37532 ≡ 653⋅653=426409 ≡ 670 mod 743
128: 375128=37564+64=37564⋅37564 ≡ 670⋅670=448900 ≡ 128 mod 743
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 305148 mod 487.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 148 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 148 an und zerlegen 148 in eine Summer von 2er-Potenzen:
148 = 128+16+4
1: 3051=305
2: 3052=3051+1=3051⋅3051 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 8 mod 487
4: 3054=3052+2=3052⋅3052 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 487
8: 3058=3054+4=3054⋅3054 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 200 mod 487
16: 30516=3058+8=3058⋅3058 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 66 mod 487
32: 30532=30516+16=30516⋅30516 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 460 mod 487
64: 30564=30532+32=30532⋅30532 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 242 mod 487
128: 305128=30564+64=30564⋅30564 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 124 mod 487
305148
= 305128+16+4
= 305128⋅30516⋅3054
≡ 124 ⋅ 66 ⋅ 64 mod 487
≡ 8184 ⋅ 64 mod 487 ≡ 392 ⋅ 64 mod 487
≡ 25088 mod 487 ≡ 251 mod 487
Es gilt also: 305148 ≡ 251 mod 487
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 44.
Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 44
| =>59 | = 1⋅44 + 15 |
| =>44 | = 2⋅15 + 14 |
| =>15 | = 1⋅14 + 1 |
| =>14 | = 14⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,44)=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= 15-1⋅14 | |||
| 14= 44-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -1⋅(44 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -1⋅44 +2⋅ 15) = -1⋅44 +3⋅ 15 (=1) |
| 15= 59-1⋅44 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅44 +3⋅(59 -1⋅ 44)
= -1⋅44 +3⋅59 -3⋅ 44) = 3⋅59 -4⋅ 44 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,44)=1 = 3⋅59 -4⋅44
oder wenn man 3⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -3⋅59 = -4⋅44
-4⋅44 = -3⋅59 + 1 |+59⋅44
-4⋅44 + 59⋅44 = -3⋅59 + 59⋅44 + 1
(-4 + 59) ⋅ 44 = (-3 + 44) ⋅ 59 + 1
55⋅44 = 41⋅59 + 1
Es gilt also: 55⋅44 = 41⋅59 +1
Somit 55⋅44 = 1 mod 59
55 ist also das Inverse von 44 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
