Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (50 - 98) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(50 - 98) mod 5 ≡ (50 mod 5 - 98 mod 5) mod 5.
50 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50
= 50
98 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98
= 90
Somit gilt:
(50 - 98) mod 5 ≡ (0 - 3) mod 5 ≡ -3 mod 5 ≡ 2 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (56 ⋅ 19) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(56 ⋅ 19) mod 11 ≡ (56 mod 11 ⋅ 19 mod 11) mod 11.
56 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 55 + 1 = 5 ⋅ 11 + 1 ist.
19 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 11 + 8 = 1 ⋅ 11 + 8 ist.
Somit gilt:
(56 ⋅ 19) mod 11 ≡ (1 ⋅ 8) mod 11 ≡ 8 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 23532 mod 541.
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. 235 -> x
2. mod(x²,541) -> 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: 2351=235
2: 2352=2351+1=2351⋅2351 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 43 mod 541
4: 2354=2352+2=2352⋅2352 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 226 mod 541
8: 2358=2354+4=2354⋅2354 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 222 mod 541
16: 23516=2358+8=2358⋅2358 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 53 mod 541
32: 23532=23516+16=23516⋅23516 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 104 mod 541
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 516189 mod 997.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 189 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 189 an und zerlegen 189 in eine Summer von 2er-Potenzen:
189 = 128+32+16+8+4+1
1: 5161=516
2: 5162=5161+1=5161⋅5161 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 57 mod 997
4: 5164=5162+2=5162⋅5162 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 258 mod 997
8: 5168=5164+4=5164⋅5164 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 762 mod 997
16: 51616=5168+8=5168⋅5168 ≡ 762⋅762=580644 ≡ 390 mod 997
32: 51632=51616+16=51616⋅51616 ≡ 390⋅390=152100 ≡ 556 mod 997
64: 51664=51632+32=51632⋅51632 ≡ 556⋅556=309136 ≡ 66 mod 997
128: 516128=51664+64=51664⋅51664 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 368 mod 997
516189
= 516128+32+16+8+4+1
= 516128⋅51632⋅51616⋅5168⋅5164⋅5161
≡ 368 ⋅ 556 ⋅ 390 ⋅ 762 ⋅ 258 ⋅ 516 mod 997
≡ 204608 ⋅ 390 ⋅ 762 ⋅ 258 ⋅ 516 mod 997 ≡ 223 ⋅ 390 ⋅ 762 ⋅ 258 ⋅ 516 mod 997
≡ 86970 ⋅ 762 ⋅ 258 ⋅ 516 mod 997 ≡ 231 ⋅ 762 ⋅ 258 ⋅ 516 mod 997
≡ 176022 ⋅ 258 ⋅ 516 mod 997 ≡ 550 ⋅ 258 ⋅ 516 mod 997
≡ 141900 ⋅ 516 mod 997 ≡ 326 ⋅ 516 mod 997
≡ 168216 mod 997 ≡ 720 mod 997
Es gilt also: 516189 ≡ 720 mod 997
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 48.
Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 48
| =>53 | = 1⋅48 + 5 |
| =>48 | = 9⋅5 + 3 |
| =>5 | = 1⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,48)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 5-1⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(5 -1⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅5 +1⋅ 3) = -1⋅5 +2⋅ 3 (=1) |
| 3= 48-9⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅5 +2⋅(48 -9⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅48 -18⋅ 5) = 2⋅48 -19⋅ 5 (=1) |
| 5= 53-1⋅48 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅48 -19⋅(53 -1⋅ 48)
= 2⋅48 -19⋅53 +19⋅ 48) = -19⋅53 +21⋅ 48 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,48)=1 = -19⋅53 +21⋅48
oder wenn man -19⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +19⋅53 = +21⋅48
Es gilt also: 21⋅48 = 19⋅53 +1
Somit 21⋅48 = 1 mod 53
21 ist also das Inverse von 48 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
