Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (19999 - 101) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(19999 - 101) mod 5 ≡ (19999 mod 5 - 101 mod 5) mod 5.
19999 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19999
= 19000
101 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 101
= 100
Somit gilt:
(19999 - 101) mod 5 ≡ (4 - 1) mod 5 ≡ 3 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (27 ⋅ 31) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(27 ⋅ 31) mod 10 ≡ (27 mod 10 ⋅ 31 mod 10) mod 10.
27 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 20 + 7 = 2 ⋅ 10 + 7 ist.
31 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 30 + 1 = 3 ⋅ 10 + 1 ist.
Somit gilt:
(27 ⋅ 31) mod 10 ≡ (7 ⋅ 1) mod 10 ≡ 7 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 33832 mod 673.
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. 338 -> x
2. mod(x²,673) -> 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: 3381=338
2: 3382=3381+1=3381⋅3381 ≡ 338⋅338=114244 ≡ 507 mod 673
4: 3384=3382+2=3382⋅3382 ≡ 507⋅507=257049 ≡ 636 mod 673
8: 3388=3384+4=3384⋅3384 ≡ 636⋅636=404496 ≡ 23 mod 673
16: 33816=3388+8=3388⋅3388 ≡ 23⋅23=529 ≡ 529 mod 673
32: 33832=33816+16=33816⋅33816 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 546 mod 673
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 336214 mod 401.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 214 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 214 an und zerlegen 214 in eine Summer von 2er-Potenzen:
214 = 128+64+16+4+2
1: 3361=336
2: 3362=3361+1=3361⋅3361 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 215 mod 401
4: 3364=3362+2=3362⋅3362 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 110 mod 401
8: 3368=3364+4=3364⋅3364 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 70 mod 401
16: 33616=3368+8=3368⋅3368 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 88 mod 401
32: 33632=33616+16=33616⋅33616 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 125 mod 401
64: 33664=33632+32=33632⋅33632 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 387 mod 401
128: 336128=33664+64=33664⋅33664 ≡ 387⋅387=149769 ≡ 196 mod 401
336214
= 336128+64+16+4+2
= 336128⋅33664⋅33616⋅3364⋅3362
≡ 196 ⋅ 387 ⋅ 88 ⋅ 110 ⋅ 215 mod 401
≡ 75852 ⋅ 88 ⋅ 110 ⋅ 215 mod 401 ≡ 63 ⋅ 88 ⋅ 110 ⋅ 215 mod 401
≡ 5544 ⋅ 110 ⋅ 215 mod 401 ≡ 331 ⋅ 110 ⋅ 215 mod 401
≡ 36410 ⋅ 215 mod 401 ≡ 320 ⋅ 215 mod 401
≡ 68800 mod 401 ≡ 229 mod 401
Es gilt also: 336214 ≡ 229 mod 401
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 58.
Also bestimme x, so dass 58 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 58
| =>71 | = 1⋅58 + 13 |
| =>58 | = 4⋅13 + 6 |
| =>13 | = 2⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,58)=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= 13-2⋅6 | |||
| 6= 58-4⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -2⋅(58 -4⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅58 +8⋅ 13) = -2⋅58 +9⋅ 13 (=1) |
| 13= 71-1⋅58 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅58 +9⋅(71 -1⋅ 58)
= -2⋅58 +9⋅71 -9⋅ 58) = 9⋅71 -11⋅ 58 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,58)=1 = 9⋅71 -11⋅58
oder wenn man 9⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅71 = -11⋅58
-11⋅58 = -9⋅71 + 1 |+71⋅58
-11⋅58 + 71⋅58 = -9⋅71 + 71⋅58 + 1
(-11 + 71) ⋅ 58 = (-9 + 58) ⋅ 71 + 1
60⋅58 = 49⋅71 + 1
Es gilt also: 60⋅58 = 49⋅71 +1
Somit 60⋅58 = 1 mod 71
60 ist also das Inverse von 58 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
