Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (7999 + 20000) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(7999 + 20000) mod 4 ≡ (7999 mod 4 + 20000 mod 4) mod 4.
7999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7999
= 7000
20000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20000
= 20000
Somit gilt:
(7999 + 20000) mod 4 ≡ (3 + 0) mod 4 ≡ 3 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 42) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15 ⋅ 42) mod 3 ≡ (15 mod 3 ⋅ 42 mod 3) mod 3.
15 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 15 + 0 = 5 ⋅ 3 + 0 ist.
42 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 42 + 0 = 14 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(15 ⋅ 42) mod 3 ≡ (0 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 2378 mod 251.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 237 -> x
2. mod(x²,251) -> 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: 2371=237
2: 2372=2371+1=2371⋅2371 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 196 mod 251
4: 2374=2372+2=2372⋅2372 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 13 mod 251
8: 2378=2374+4=2374⋅2374 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 251
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 430255 mod 661.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 255 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 255 an und zerlegen 255 in eine Summer von 2er-Potenzen:
255 = 128+64+32+16+8+4+2+1
1: 4301=430
2: 4302=4301+1=4301⋅4301 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 481 mod 661
4: 4304=4302+2=4302⋅4302 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 11 mod 661
8: 4308=4304+4=4304⋅4304 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 661
16: 43016=4308+8=4308⋅4308 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 99 mod 661
32: 43032=43016+16=43016⋅43016 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 547 mod 661
64: 43064=43032+32=43032⋅43032 ≡ 547⋅547=299209 ≡ 437 mod 661
128: 430128=43064+64=43064⋅43064 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 601 mod 661
430255
= 430128+64+32+16+8+4+2+1
= 430128⋅43064⋅43032⋅43016⋅4308⋅4304⋅4302⋅4301
≡ 601 ⋅ 437 ⋅ 547 ⋅ 99 ⋅ 121 ⋅ 11 ⋅ 481 ⋅ 430 mod 661
≡ 262637 ⋅ 547 ⋅ 99 ⋅ 121 ⋅ 11 ⋅ 481 ⋅ 430 mod 661 ≡ 220 ⋅ 547 ⋅ 99 ⋅ 121 ⋅ 11 ⋅ 481 ⋅ 430 mod 661
≡ 120340 ⋅ 99 ⋅ 121 ⋅ 11 ⋅ 481 ⋅ 430 mod 661 ≡ 38 ⋅ 99 ⋅ 121 ⋅ 11 ⋅ 481 ⋅ 430 mod 661
≡ 3762 ⋅ 121 ⋅ 11 ⋅ 481 ⋅ 430 mod 661 ≡ 457 ⋅ 121 ⋅ 11 ⋅ 481 ⋅ 430 mod 661
≡ 55297 ⋅ 11 ⋅ 481 ⋅ 430 mod 661 ≡ 434 ⋅ 11 ⋅ 481 ⋅ 430 mod 661
≡ 4774 ⋅ 481 ⋅ 430 mod 661 ≡ 147 ⋅ 481 ⋅ 430 mod 661
≡ 70707 ⋅ 430 mod 661 ≡ 641 ⋅ 430 mod 661
≡ 275630 mod 661 ≡ 654 mod 661
Es gilt also: 430255 ≡ 654 mod 661
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 55.
Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 55
| =>97 | = 1⋅55 + 42 |
| =>55 | = 1⋅42 + 13 |
| =>42 | = 3⋅13 + 3 |
| =>13 | = 4⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,55)=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= 13-4⋅3 | |||
| 3= 42-3⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -4⋅(42 -3⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅42 +12⋅ 13) = -4⋅42 +13⋅ 13 (=1) |
| 13= 55-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅42 +13⋅(55 -1⋅ 42)
= -4⋅42 +13⋅55 -13⋅ 42) = 13⋅55 -17⋅ 42 (=1) |
| 42= 97-1⋅55 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅55 -17⋅(97 -1⋅ 55)
= 13⋅55 -17⋅97 +17⋅ 55) = -17⋅97 +30⋅ 55 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,55)=1 = -17⋅97 +30⋅55
oder wenn man -17⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +17⋅97 = +30⋅55
Es gilt also: 30⋅55 = 17⋅97 +1
Somit 30⋅55 = 1 mod 97
30 ist also das Inverse von 55 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
