Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2003 - 55) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2003 - 55) mod 5 ≡ (2003 mod 5 - 55 mod 5) mod 5.
2003 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2003
= 2000
55 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55
= 50
Somit gilt:
(2003 - 55) mod 5 ≡ (3 - 0) mod 5 ≡ 3 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (38 ⋅ 76) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(38 ⋅ 76) mod 8 ≡ (38 mod 8 ⋅ 76 mod 8) mod 8.
38 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 32 + 6 = 4 ⋅ 8 + 6 ist.
76 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 72 + 4 = 9 ⋅ 8 + 4 ist.
Somit gilt:
(38 ⋅ 76) mod 8 ≡ (6 ⋅ 4) mod 8 ≡ 24 mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 750128 mod 911.
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. 750 -> x
2. mod(x²,911) -> 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: 7501=750
2: 7502=7501+1=7501⋅7501 ≡ 750⋅750=562500 ≡ 413 mod 911
4: 7504=7502+2=7502⋅7502 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 212 mod 911
8: 7508=7504+4=7504⋅7504 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 305 mod 911
16: 75016=7508+8=7508⋅7508 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 103 mod 911
32: 75032=75016+16=75016⋅75016 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 588 mod 911
64: 75064=75032+32=75032⋅75032 ≡ 588⋅588=345744 ≡ 475 mod 911
128: 750128=75064+64=75064⋅75064 ≡ 475⋅475=225625 ≡ 608 mod 911
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 41263 mod 677.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 63 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 63 an und zerlegen 63 in eine Summer von 2er-Potenzen:
63 = 32+16+8+4+2+1
1: 4121=412
2: 4122=4121+1=4121⋅4121 ≡ 412⋅412=169744 ≡ 494 mod 677
4: 4124=4122+2=4122⋅4122 ≡ 494⋅494=244036 ≡ 316 mod 677
8: 4128=4124+4=4124⋅4124 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 337 mod 677
16: 41216=4128+8=4128⋅4128 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 510 mod 677
32: 41232=41216+16=41216⋅41216 ≡ 510⋅510=260100 ≡ 132 mod 677
41263
= 41232+16+8+4+2+1
= 41232⋅41216⋅4128⋅4124⋅4122⋅4121
≡ 132 ⋅ 510 ⋅ 337 ⋅ 316 ⋅ 494 ⋅ 412 mod 677
≡ 67320 ⋅ 337 ⋅ 316 ⋅ 494 ⋅ 412 mod 677 ≡ 297 ⋅ 337 ⋅ 316 ⋅ 494 ⋅ 412 mod 677
≡ 100089 ⋅ 316 ⋅ 494 ⋅ 412 mod 677 ≡ 570 ⋅ 316 ⋅ 494 ⋅ 412 mod 677
≡ 180120 ⋅ 494 ⋅ 412 mod 677 ≡ 38 ⋅ 494 ⋅ 412 mod 677
≡ 18772 ⋅ 412 mod 677 ≡ 493 ⋅ 412 mod 677
≡ 203116 mod 677 ≡ 16 mod 677
Es gilt also: 41263 ≡ 16 mod 677
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 56.
Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 56
| =>79 | = 1⋅56 + 23 |
| =>56 | = 2⋅23 + 10 |
| =>23 | = 2⋅10 + 3 |
| =>10 | = 3⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,56)=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= 10-3⋅3 | |||
| 3= 23-2⋅10 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅10 -3⋅(23 -2⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅23 +6⋅ 10) = -3⋅23 +7⋅ 10 (=1) |
| 10= 56-2⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅23 +7⋅(56 -2⋅ 23)
= -3⋅23 +7⋅56 -14⋅ 23) = 7⋅56 -17⋅ 23 (=1) |
| 23= 79-1⋅56 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅56 -17⋅(79 -1⋅ 56)
= 7⋅56 -17⋅79 +17⋅ 56) = -17⋅79 +24⋅ 56 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,56)=1 = -17⋅79 +24⋅56
oder wenn man -17⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +17⋅79 = +24⋅56
Es gilt also: 24⋅56 = 17⋅79 +1
Somit 24⋅56 = 1 mod 79
24 ist also das Inverse von 56 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
