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: (177 - 17992) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(177 - 17992) mod 9 ≡ (177 mod 9 - 17992 mod 9) mod 9.
177 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 177
= 180
17992 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17992
= 18000
Somit gilt:
(177 - 17992) mod 9 ≡ (6 - 1) mod 9 ≡ 5 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 91) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(46 ⋅ 91) mod 5 ≡ (46 mod 5 ⋅ 91 mod 5) mod 5.
46 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 9 ⋅ 5 + 1 ist.
91 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 18 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(46 ⋅ 91) mod 5 ≡ (1 ⋅ 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 16032 mod 389.
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. 160 -> x
2. mod(x²,389) -> 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: 1601=160
2: 1602=1601+1=1601⋅1601 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 315 mod 389
4: 1604=1602+2=1602⋅1602 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 30 mod 389
8: 1608=1604+4=1604⋅1604 ≡ 30⋅30=900 ≡ 122 mod 389
16: 16016=1608+8=1608⋅1608 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 102 mod 389
32: 16032=16016+16=16016⋅16016 ≡ 102⋅102=10404 ≡ 290 mod 389
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 231151 mod 421.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 151 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 151 an und zerlegen 151 in eine Summer von 2er-Potenzen:
151 = 128+16+4+2+1
1: 2311=231
2: 2312=2311+1=2311⋅2311 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 315 mod 421
4: 2314=2312+2=2312⋅2312 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 290 mod 421
8: 2318=2314+4=2314⋅2314 ≡ 290⋅290=84100 ≡ 321 mod 421
16: 23116=2318+8=2318⋅2318 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 317 mod 421
32: 23132=23116+16=23116⋅23116 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 291 mod 421
64: 23164=23132+32=23132⋅23132 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 60 mod 421
128: 231128=23164+64=23164⋅23164 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 232 mod 421
231151
= 231128+16+4+2+1
= 231128⋅23116⋅2314⋅2312⋅2311
≡ 232 ⋅ 317 ⋅ 290 ⋅ 315 ⋅ 231 mod 421
≡ 73544 ⋅ 290 ⋅ 315 ⋅ 231 mod 421 ≡ 290 ⋅ 290 ⋅ 315 ⋅ 231 mod 421
≡ 84100 ⋅ 315 ⋅ 231 mod 421 ≡ 321 ⋅ 315 ⋅ 231 mod 421
≡ 101115 ⋅ 231 mod 421 ≡ 75 ⋅ 231 mod 421
≡ 17325 mod 421 ≡ 64 mod 421
Es gilt also: 231151 ≡ 64 mod 421
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 68.
Also bestimme x, so dass 68 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 68
| =>79 | = 1⋅68 + 11 |
| =>68 | = 6⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,68)=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= 11-5⋅2 | |||
| 2= 68-6⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(68 -6⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅68 +30⋅ 11) = -5⋅68 +31⋅ 11 (=1) |
| 11= 79-1⋅68 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅68 +31⋅(79 -1⋅ 68)
= -5⋅68 +31⋅79 -31⋅ 68) = 31⋅79 -36⋅ 68 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,68)=1 = 31⋅79 -36⋅68
oder wenn man 31⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -31⋅79 = -36⋅68
-36⋅68 = -31⋅79 + 1 |+79⋅68
-36⋅68 + 79⋅68 = -31⋅79 + 79⋅68 + 1
(-36 + 79) ⋅ 68 = (-31 + 68) ⋅ 79 + 1
43⋅68 = 37⋅79 + 1
Es gilt also: 43⋅68 = 37⋅79 +1
Somit 43⋅68 = 1 mod 79
43 ist also das Inverse von 68 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
