Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (6003 + 3000) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(6003 + 3000) mod 3 ≡ (6003 mod 3 + 3000 mod 3) mod 3.
6003 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6003
= 6000
3000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000
= 3000
Somit gilt:
(6003 + 3000) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (88 ⋅ 29) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(88 ⋅ 29) mod 10 ≡ (88 mod 10 ⋅ 29 mod 10) mod 10.
88 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 80 + 8 = 8 ⋅ 10 + 8 ist.
29 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 20 + 9 = 2 ⋅ 10 + 9 ist.
Somit gilt:
(88 ⋅ 29) mod 10 ≡ (8 ⋅ 9) mod 10 ≡ 72 mod 10 ≡ 2 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 547128 mod 563.
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. 547 -> x
2. mod(x²,563) -> 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: 5471=547
2: 5472=5471+1=5471⋅5471 ≡ 547⋅547=299209 ≡ 256 mod 563
4: 5474=5472+2=5472⋅5472 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 228 mod 563
8: 5478=5474+4=5474⋅5474 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 188 mod 563
16: 54716=5478+8=5478⋅5478 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 438 mod 563
32: 54732=54716+16=54716⋅54716 ≡ 438⋅438=191844 ≡ 424 mod 563
64: 54764=54732+32=54732⋅54732 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 179 mod 563
128: 547128=54764+64=54764⋅54764 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 513 mod 563
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 264110 mod 401.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 110 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 110 an und zerlegen 110 in eine Summer von 2er-Potenzen:
110 = 64+32+8+4+2
1: 2641=264
2: 2642=2641+1=2641⋅2641 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 323 mod 401
4: 2644=2642+2=2642⋅2642 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 69 mod 401
8: 2648=2644+4=2644⋅2644 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 350 mod 401
16: 26416=2648+8=2648⋅2648 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 195 mod 401
32: 26432=26416+16=26416⋅26416 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 331 mod 401
64: 26464=26432+32=26432⋅26432 ≡ 331⋅331=109561 ≡ 88 mod 401
264110
= 26464+32+8+4+2
= 26464⋅26432⋅2648⋅2644⋅2642
≡ 88 ⋅ 331 ⋅ 350 ⋅ 69 ⋅ 323 mod 401
≡ 29128 ⋅ 350 ⋅ 69 ⋅ 323 mod 401 ≡ 256 ⋅ 350 ⋅ 69 ⋅ 323 mod 401
≡ 89600 ⋅ 69 ⋅ 323 mod 401 ≡ 177 ⋅ 69 ⋅ 323 mod 401
≡ 12213 ⋅ 323 mod 401 ≡ 183 ⋅ 323 mod 401
≡ 59109 mod 401 ≡ 162 mod 401
Es gilt also: 264110 ≡ 162 mod 401
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 55.
Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 55
| =>79 | = 1⋅55 + 24 |
| =>55 | = 2⋅24 + 7 |
| =>24 | = 3⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,55)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 24-3⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(24 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅24 +6⋅ 7) = -2⋅24 +7⋅ 7 (=1) |
| 7= 55-2⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅24 +7⋅(55 -2⋅ 24)
= -2⋅24 +7⋅55 -14⋅ 24) = 7⋅55 -16⋅ 24 (=1) |
| 24= 79-1⋅55 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅55 -16⋅(79 -1⋅ 55)
= 7⋅55 -16⋅79 +16⋅ 55) = -16⋅79 +23⋅ 55 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,55)=1 = -16⋅79 +23⋅55
oder wenn man -16⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +16⋅79 = +23⋅55
Es gilt also: 23⋅55 = 16⋅79 +1
Somit 23⋅55 = 1 mod 79
23 ist also das Inverse von 55 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
