Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (14997 + 2505) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(14997 + 2505) mod 5 ≡ (14997 mod 5 + 2505 mod 5) mod 5.
14997 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14997
= 14000
2505 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2505
= 2500
Somit gilt:
(14997 + 2505) mod 5 ≡ (2 + 0) mod 5 ≡ 2 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (17 ⋅ 20) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17 ⋅ 20) mod 4 ≡ (17 mod 4 ⋅ 20 mod 4) mod 4.
17 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 16 + 1 = 4 ⋅ 4 + 1 ist.
20 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 20 + 0 = 5 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(17 ⋅ 20) mod 4 ≡ (1 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 22032 mod 449.
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. 220 -> 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: 2201=220
2: 2202=2201+1=2201⋅2201 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 357 mod 449
4: 2204=2202+2=2202⋅2202 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 382 mod 449
8: 2208=2204+4=2204⋅2204 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 448 mod 449
16: 22016=2208+8=2208⋅2208 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 1 mod 449
32: 22032=22016+16=22016⋅22016 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 449
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 541243 mod 769.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 243 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 243 an und zerlegen 243 in eine Summer von 2er-Potenzen:
243 = 128+64+32+16+2+1
1: 5411=541
2: 5412=5411+1=5411⋅5411 ≡ 541⋅541=292681 ≡ 461 mod 769
4: 5414=5412+2=5412⋅5412 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 277 mod 769
8: 5418=5414+4=5414⋅5414 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 598 mod 769
16: 54116=5418+8=5418⋅5418 ≡ 598⋅598=357604 ≡ 19 mod 769
32: 54132=54116+16=54116⋅54116 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 769
64: 54164=54132+32=54132⋅54132 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 360 mod 769
128: 541128=54164+64=54164⋅54164 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 408 mod 769
541243
= 541128+64+32+16+2+1
= 541128⋅54164⋅54132⋅54116⋅5412⋅5411
≡ 408 ⋅ 360 ⋅ 361 ⋅ 19 ⋅ 461 ⋅ 541 mod 769
≡ 146880 ⋅ 361 ⋅ 19 ⋅ 461 ⋅ 541 mod 769 ≡ 1 ⋅ 361 ⋅ 19 ⋅ 461 ⋅ 541 mod 769
≡ 361 ⋅ 19 ⋅ 461 ⋅ 541 mod 769
≡ 6859 ⋅ 461 ⋅ 541 mod 769 ≡ 707 ⋅ 461 ⋅ 541 mod 769
≡ 325927 ⋅ 541 mod 769 ≡ 640 ⋅ 541 mod 769
≡ 346240 mod 769 ≡ 190 mod 769
Es gilt also: 541243 ≡ 190 mod 769
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 63.
Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 63
| =>71 | = 1⋅63 + 8 |
| =>63 | = 7⋅8 + 7 |
| =>8 | = 1⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,63)=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= 8-1⋅7 | |||
| 7= 63-7⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅8 -1⋅(63 -7⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅63 +7⋅ 8) = -1⋅63 +8⋅ 8 (=1) |
| 8= 71-1⋅63 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅63 +8⋅(71 -1⋅ 63)
= -1⋅63 +8⋅71 -8⋅ 63) = 8⋅71 -9⋅ 63 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,63)=1 = 8⋅71 -9⋅63
oder wenn man 8⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -8⋅71 = -9⋅63
-9⋅63 = -8⋅71 + 1 |+71⋅63
-9⋅63 + 71⋅63 = -8⋅71 + 71⋅63 + 1
(-9 + 71) ⋅ 63 = (-8 + 63) ⋅ 71 + 1
62⋅63 = 55⋅71 + 1
Es gilt also: 62⋅63 = 55⋅71 +1
Somit 62⋅63 = 1 mod 71
62 ist also das Inverse von 63 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
