Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (12000 - 1497) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(12000 - 1497) mod 3 ≡ (12000 mod 3 - 1497 mod 3) mod 3.
12000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000
= 12000
1497 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1497
= 1500
Somit gilt:
(12000 - 1497) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (78 ⋅ 98) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(78 ⋅ 98) mod 3 ≡ (78 mod 3 ⋅ 98 mod 3) mod 3.
78 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 78 + 0 = 26 ⋅ 3 + 0 ist.
98 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 32 ⋅ 3 + 2 ist.
Somit gilt:
(78 ⋅ 98) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 503128 mod 797.
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. 503 -> x
2. mod(x²,797) -> 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: 5031=503
2: 5032=5031+1=5031⋅5031 ≡ 503⋅503=253009 ≡ 360 mod 797
4: 5034=5032+2=5032⋅5032 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 486 mod 797
8: 5038=5034+4=5034⋅5034 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 284 mod 797
16: 50316=5038+8=5038⋅5038 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 159 mod 797
32: 50332=50316+16=50316⋅50316 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 574 mod 797
64: 50364=50332+32=50332⋅50332 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 315 mod 797
128: 503128=50364+64=50364⋅50364 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 397 mod 797
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 306151 mod 683.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 151 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 151 an und zerlegen 151 in eine Summer von 2er-Potenzen:
151 = 128+16+4+2+1
1: 3061=306
2: 3062=3061+1=3061⋅3061 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 65 mod 683
4: 3064=3062+2=3062⋅3062 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 127 mod 683
8: 3068=3064+4=3064⋅3064 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 420 mod 683
16: 30616=3068+8=3068⋅3068 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 186 mod 683
32: 30632=30616+16=30616⋅30616 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 446 mod 683
64: 30664=30632+32=30632⋅30632 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 163 mod 683
128: 306128=30664+64=30664⋅30664 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 615 mod 683
306151
= 306128+16+4+2+1
= 306128⋅30616⋅3064⋅3062⋅3061
≡ 615 ⋅ 186 ⋅ 127 ⋅ 65 ⋅ 306 mod 683
≡ 114390 ⋅ 127 ⋅ 65 ⋅ 306 mod 683 ≡ 329 ⋅ 127 ⋅ 65 ⋅ 306 mod 683
≡ 41783 ⋅ 65 ⋅ 306 mod 683 ≡ 120 ⋅ 65 ⋅ 306 mod 683
≡ 7800 ⋅ 306 mod 683 ≡ 287 ⋅ 306 mod 683
≡ 87822 mod 683 ≡ 398 mod 683
Es gilt also: 306151 ≡ 398 mod 683
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 35.
Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 35
| =>89 | = 2⋅35 + 19 |
| =>35 | = 1⋅19 + 16 |
| =>19 | = 1⋅16 + 3 |
| =>16 | = 5⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,35)=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= 16-5⋅3 | |||
| 3= 19-1⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅16 -5⋅(19 -1⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅19 +5⋅ 16) = -5⋅19 +6⋅ 16 (=1) |
| 16= 35-1⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅19 +6⋅(35 -1⋅ 19)
= -5⋅19 +6⋅35 -6⋅ 19) = 6⋅35 -11⋅ 19 (=1) |
| 19= 89-2⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 6⋅35 -11⋅(89 -2⋅ 35)
= 6⋅35 -11⋅89 +22⋅ 35) = -11⋅89 +28⋅ 35 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,35)=1 = -11⋅89 +28⋅35
oder wenn man -11⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅89 = +28⋅35
Es gilt also: 28⋅35 = 11⋅89 +1
Somit 28⋅35 = 1 mod 89
28 ist also das Inverse von 35 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
