Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (27 - 27) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(27 - 27) mod 3 ≡ (27 mod 3 - 27 mod 3) mod 3.
27 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27
= 30
27 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27
= 30
Somit gilt:
(27 - 27) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 97) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(71 ⋅ 97) mod 8 ≡ (71 mod 8 ⋅ 97 mod 8) mod 8.
71 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 64 + 7 = 8 ⋅ 8 + 7 ist.
97 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 96 + 1 = 12 ⋅ 8 + 1 ist.
Somit gilt:
(71 ⋅ 97) mod 8 ≡ (7 ⋅ 1) mod 8 ≡ 7 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 23732 mod 619.
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. 237 -> x
2. mod(x²,619) -> 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 ≡ 459 mod 619
4: 2374=2372+2=2372⋅2372 ≡ 459⋅459=210681 ≡ 221 mod 619
8: 2378=2374+4=2374⋅2374 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 559 mod 619
16: 23716=2378+8=2378⋅2378 ≡ 559⋅559=312481 ≡ 505 mod 619
32: 23732=23716+16=23716⋅23716 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 616 mod 619
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 505245 mod 751.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:
245 = 128+64+32+16+4+1
1: 5051=505
2: 5052=5051+1=5051⋅5051 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 436 mod 751
4: 5054=5052+2=5052⋅5052 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 93 mod 751
8: 5058=5054+4=5054⋅5054 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 388 mod 751
16: 50516=5058+8=5058⋅5058 ≡ 388⋅388=150544 ≡ 344 mod 751
32: 50532=50516+16=50516⋅50516 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 429 mod 751
64: 50564=50532+32=50532⋅50532 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 46 mod 751
128: 505128=50564+64=50564⋅50564 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 614 mod 751
505245
= 505128+64+32+16+4+1
= 505128⋅50564⋅50532⋅50516⋅5054⋅5051
≡ 614 ⋅ 46 ⋅ 429 ⋅ 344 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751
≡ 28244 ⋅ 429 ⋅ 344 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751 ≡ 457 ⋅ 429 ⋅ 344 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751
≡ 196053 ⋅ 344 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751 ≡ 42 ⋅ 344 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751
≡ 14448 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751 ≡ 179 ⋅ 93 ⋅ 505 mod 751
≡ 16647 ⋅ 505 mod 751 ≡ 125 ⋅ 505 mod 751
≡ 63125 mod 751 ≡ 41 mod 751
Es gilt also: 505245 ≡ 41 mod 751
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 65.
Also bestimme x, so dass 65 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 65
| =>71 | = 1⋅65 + 6 |
| =>65 | = 10⋅6 + 5 |
| =>6 | = 1⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,65)=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= 6-1⋅5 | |||
| 5= 65-10⋅6 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅6 -1⋅(65 -10⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅65 +10⋅ 6) = -1⋅65 +11⋅ 6 (=1) |
| 6= 71-1⋅65 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅65 +11⋅(71 -1⋅ 65)
= -1⋅65 +11⋅71 -11⋅ 65) = 11⋅71 -12⋅ 65 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,65)=1 = 11⋅71 -12⋅65
oder wenn man 11⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅71 = -12⋅65
-12⋅65 = -11⋅71 + 1 |+71⋅65
-12⋅65 + 71⋅65 = -11⋅71 + 71⋅65 + 1
(-12 + 71) ⋅ 65 = (-11 + 65) ⋅ 71 + 1
59⋅65 = 54⋅71 + 1
Es gilt also: 59⋅65 = 54⋅71 +1
Somit 59⋅65 = 1 mod 71
59 ist also das Inverse von 65 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
