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: (209 + 14007) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(209 + 14007) mod 7 ≡ (209 mod 7 + 14007 mod 7) mod 7.
209 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 209
= 210
14007 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14007
= 14000
Somit gilt:
(209 + 14007) mod 7 ≡ (6 + 0) mod 7 ≡ 6 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 47) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(98 ⋅ 47) mod 11 ≡ (98 mod 11 ⋅ 47 mod 11) mod 11.
98 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 88 + 10 = 8 ⋅ 11 + 10 ist.
47 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 44 + 3 = 4 ⋅ 11 + 3 ist.
Somit gilt:
(98 ⋅ 47) mod 11 ≡ (10 ⋅ 3) mod 11 ≡ 30 mod 11 ≡ 8 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 37364 mod 409.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 373 -> x
2. mod(x²,409) -> 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: 3731=373
2: 3732=3731+1=3731⋅3731 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 69 mod 409
4: 3734=3732+2=3732⋅3732 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 262 mod 409
8: 3738=3734+4=3734⋅3734 ≡ 262⋅262=68644 ≡ 341 mod 409
16: 37316=3738+8=3738⋅3738 ≡ 341⋅341=116281 ≡ 125 mod 409
32: 37332=37316+16=37316⋅37316 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 83 mod 409
64: 37364=37332+32=37332⋅37332 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 345 mod 409
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 270255 mod 673.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 255 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 255 an und zerlegen 255 in eine Summer von 2er-Potenzen:
255 = 128+64+32+16+8+4+2+1
1: 2701=270
2: 2702=2701+1=2701⋅2701 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 216 mod 673
4: 2704=2702+2=2702⋅2702 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 219 mod 673
8: 2708=2704+4=2704⋅2704 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 178 mod 673
16: 27016=2708+8=2708⋅2708 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 53 mod 673
32: 27032=27016+16=27016⋅27016 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 117 mod 673
64: 27064=27032+32=27032⋅27032 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 229 mod 673
128: 270128=27064+64=27064⋅27064 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 620 mod 673
270255
= 270128+64+32+16+8+4+2+1
= 270128⋅27064⋅27032⋅27016⋅2708⋅2704⋅2702⋅2701
≡ 620 ⋅ 229 ⋅ 117 ⋅ 53 ⋅ 178 ⋅ 219 ⋅ 216 ⋅ 270 mod 673
≡ 141980 ⋅ 117 ⋅ 53 ⋅ 178 ⋅ 219 ⋅ 216 ⋅ 270 mod 673 ≡ 650 ⋅ 117 ⋅ 53 ⋅ 178 ⋅ 219 ⋅ 216 ⋅ 270 mod 673
≡ 76050 ⋅ 53 ⋅ 178 ⋅ 219 ⋅ 216 ⋅ 270 mod 673 ≡ 1 ⋅ 53 ⋅ 178 ⋅ 219 ⋅ 216 ⋅ 270 mod 673
≡ 53 ⋅ 178 ⋅ 219 ⋅ 216 ⋅ 270 mod 673
≡ 9434 ⋅ 219 ⋅ 216 ⋅ 270 mod 673 ≡ 12 ⋅ 219 ⋅ 216 ⋅ 270 mod 673
≡ 2628 ⋅ 216 ⋅ 270 mod 673 ≡ 609 ⋅ 216 ⋅ 270 mod 673
≡ 131544 ⋅ 270 mod 673 ≡ 309 ⋅ 270 mod 673
≡ 83430 mod 673 ≡ 651 mod 673
Es gilt also: 270255 ≡ 651 mod 673
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 72.
Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 72
| =>79 | = 1⋅72 + 7 |
| =>72 | = 10⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,72)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 72-10⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(72 -10⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅72 +30⋅ 7) = -3⋅72 +31⋅ 7 (=1) |
| 7= 79-1⋅72 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅72 +31⋅(79 -1⋅ 72)
= -3⋅72 +31⋅79 -31⋅ 72) = 31⋅79 -34⋅ 72 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,72)=1 = 31⋅79 -34⋅72
oder wenn man 31⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -31⋅79 = -34⋅72
-34⋅72 = -31⋅79 + 1 |+79⋅72
-34⋅72 + 79⋅72 = -31⋅79 + 79⋅72 + 1
(-34 + 79) ⋅ 72 = (-31 + 72) ⋅ 79 + 1
45⋅72 = 41⋅79 + 1
Es gilt also: 45⋅72 = 41⋅79 +1
Somit 45⋅72 = 1 mod 79
45 ist also das Inverse von 72 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
