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: (274 - 2796) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(274 - 2796) mod 7 ≡ (274 mod 7 - 2796 mod 7) mod 7.
274 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 274
= 280
2796 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2796
= 2800
Somit gilt:
(274 - 2796) mod 7 ≡ (1 - 3) mod 7 ≡ -2 mod 7 ≡ 5 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (44 ⋅ 37) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(44 ⋅ 37) mod 4 ≡ (44 mod 4 ⋅ 37 mod 4) mod 4.
44 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 44 + 0 = 11 ⋅ 4 + 0 ist.
37 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 9 ⋅ 4 + 1 ist.
Somit gilt:
(44 ⋅ 37) mod 4 ≡ (0 ⋅ 1) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 20416 mod 439.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 204 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 2041=204
2: 2042=2041+1=2041⋅2041 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 350 mod 439
4: 2044=2042+2=2042⋅2042 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 19 mod 439
8: 2048=2044+4=2044⋅2044 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 439
16: 20416=2048+8=2048⋅2048 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 377 mod 439
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 195222 mod 269.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 222 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 222 an und zerlegen 222 in eine Summer von 2er-Potenzen:
222 = 128+64+16+8+4+2
1: 1951=195
2: 1952=1951+1=1951⋅1951 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 96 mod 269
4: 1954=1952+2=1952⋅1952 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 70 mod 269
8: 1958=1954+4=1954⋅1954 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 58 mod 269
16: 19516=1958+8=1958⋅1958 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 136 mod 269
32: 19532=19516+16=19516⋅19516 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 204 mod 269
64: 19564=19532+32=19532⋅19532 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 190 mod 269
128: 195128=19564+64=19564⋅19564 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 54 mod 269
195222
= 195128+64+16+8+4+2
= 195128⋅19564⋅19516⋅1958⋅1954⋅1952
≡ 54 ⋅ 190 ⋅ 136 ⋅ 58 ⋅ 70 ⋅ 96 mod 269
≡ 10260 ⋅ 136 ⋅ 58 ⋅ 70 ⋅ 96 mod 269 ≡ 38 ⋅ 136 ⋅ 58 ⋅ 70 ⋅ 96 mod 269
≡ 5168 ⋅ 58 ⋅ 70 ⋅ 96 mod 269 ≡ 57 ⋅ 58 ⋅ 70 ⋅ 96 mod 269
≡ 3306 ⋅ 70 ⋅ 96 mod 269 ≡ 78 ⋅ 70 ⋅ 96 mod 269
≡ 5460 ⋅ 96 mod 269 ≡ 80 ⋅ 96 mod 269
≡ 7680 mod 269 ≡ 148 mod 269
Es gilt also: 195222 ≡ 148 mod 269
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 29.
Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 29
| =>71 | = 2⋅29 + 13 |
| =>29 | = 2⋅13 + 3 |
| =>13 | = 4⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,29)=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= 71-2⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅29 +9⋅(71 -2⋅ 29)
= -4⋅29 +9⋅71 -18⋅ 29) = 9⋅71 -22⋅ 29 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,29)=1 = 9⋅71 -22⋅29
oder wenn man 9⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅71 = -22⋅29
-22⋅29 = -9⋅71 + 1 |+71⋅29
-22⋅29 + 71⋅29 = -9⋅71 + 71⋅29 + 1
(-22 + 71) ⋅ 29 = (-9 + 29) ⋅ 71 + 1
49⋅29 = 20⋅71 + 1
Es gilt also: 49⋅29 = 20⋅71 +1
Somit 49⋅29 = 1 mod 71
49 ist also das Inverse von 29 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
