Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (102 - 4998) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(102 - 4998) mod 5 ≡ (102 mod 5 - 4998 mod 5) mod 5.
102 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 102
= 100
4998 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4998
= 4000
Somit gilt:
(102 - 4998) mod 5 ≡ (2 - 3) mod 5 ≡ -1 mod 5 ≡ 4 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (59 ⋅ 84) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(59 ⋅ 84) mod 3 ≡ (59 mod 3 ⋅ 84 mod 3) mod 3.
59 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 57 + 2 = 19 ⋅ 3 + 2 ist.
84 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 84 + 0 = 28 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(59 ⋅ 84) mod 3 ≡ (2 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 447128 mod 449.
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. 447 -> x
2. mod(x²,449) -> 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: 4471=447
2: 4472=4471+1=4471⋅4471 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 4 mod 449
4: 4474=4472+2=4472⋅4472 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 449
8: 4478=4474+4=4474⋅4474 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 449
16: 44716=4478+8=4478⋅4478 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 431 mod 449
32: 44732=44716+16=44716⋅44716 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 324 mod 449
64: 44764=44732+32=44732⋅44732 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 359 mod 449
128: 447128=44764+64=44764⋅44764 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 18 mod 449
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 484159 mod 733.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 159 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 159 an und zerlegen 159 in eine Summer von 2er-Potenzen:
159 = 128+16+8+4+2+1
1: 4841=484
2: 4842=4841+1=4841⋅4841 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 429 mod 733
4: 4844=4842+2=4842⋅4842 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 58 mod 733
8: 4848=4844+4=4844⋅4844 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 432 mod 733
16: 48416=4848+8=4848⋅4848 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 442 mod 733
32: 48432=48416+16=48416⋅48416 ≡ 442⋅442=195364 ≡ 386 mod 733
64: 48464=48432+32=48432⋅48432 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 197 mod 733
128: 484128=48464+64=48464⋅48464 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 693 mod 733
484159
= 484128+16+8+4+2+1
= 484128⋅48416⋅4848⋅4844⋅4842⋅4841
≡ 693 ⋅ 442 ⋅ 432 ⋅ 58 ⋅ 429 ⋅ 484 mod 733
≡ 306306 ⋅ 432 ⋅ 58 ⋅ 429 ⋅ 484 mod 733 ≡ 645 ⋅ 432 ⋅ 58 ⋅ 429 ⋅ 484 mod 733
≡ 278640 ⋅ 58 ⋅ 429 ⋅ 484 mod 733 ≡ 100 ⋅ 58 ⋅ 429 ⋅ 484 mod 733
≡ 5800 ⋅ 429 ⋅ 484 mod 733 ≡ 669 ⋅ 429 ⋅ 484 mod 733
≡ 287001 ⋅ 484 mod 733 ≡ 398 ⋅ 484 mod 733
≡ 192632 mod 733 ≡ 586 mod 733
Es gilt also: 484159 ≡ 586 mod 733
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 63.
Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 63
| =>67 | = 1⋅63 + 4 |
| =>63 | = 15⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,63)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 63-15⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(63 -15⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅63 +15⋅ 4) = -1⋅63 +16⋅ 4 (=1) |
| 4= 67-1⋅63 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅63 +16⋅(67 -1⋅ 63)
= -1⋅63 +16⋅67 -16⋅ 63) = 16⋅67 -17⋅ 63 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,63)=1 = 16⋅67 -17⋅63
oder wenn man 16⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -16⋅67 = -17⋅63
-17⋅63 = -16⋅67 + 1 |+67⋅63
-17⋅63 + 67⋅63 = -16⋅67 + 67⋅63 + 1
(-17 + 67) ⋅ 63 = (-16 + 63) ⋅ 67 + 1
50⋅63 = 47⋅67 + 1
Es gilt also: 50⋅63 = 47⋅67 +1
Somit 50⋅63 = 1 mod 67
50 ist also das Inverse von 63 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
