Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (14997 - 602) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(14997 - 602) mod 3 ≡ (14997 mod 3 - 602 mod 3) mod 3.
14997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14997
= 15000
602 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 602
= 600
Somit gilt:
(14997 - 602) mod 3 ≡ (0 - 2) mod 3 ≡ -2 mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 85) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(32 ⋅ 85) mod 11 ≡ (32 mod 11 ⋅ 85 mod 11) mod 11.
32 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 22 + 10 = 2 ⋅ 11 + 10 ist.
85 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 77 + 8 = 7 ⋅ 11 + 8 ist.
Somit gilt:
(32 ⋅ 85) mod 11 ≡ (10 ⋅ 8) mod 11 ≡ 80 mod 11 ≡ 3 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 29764 mod 839.
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. 297 -> x
2. mod(x²,839) -> 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: 2971=297
2: 2972=2971+1=2971⋅2971 ≡ 297⋅297=88209 ≡ 114 mod 839
4: 2974=2972+2=2972⋅2972 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 411 mod 839
8: 2978=2974+4=2974⋅2974 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 282 mod 839
16: 29716=2978+8=2978⋅2978 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 658 mod 839
32: 29732=29716+16=29716⋅29716 ≡ 658⋅658=432964 ≡ 40 mod 839
64: 29764=29732+32=29732⋅29732 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 761 mod 839
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 243227 mod 479.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 227 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 227 an und zerlegen 227 in eine Summer von 2er-Potenzen:
227 = 128+64+32+2+1
1: 2431=243
2: 2432=2431+1=2431⋅2431 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 132 mod 479
4: 2434=2432+2=2432⋅2432 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 180 mod 479
8: 2438=2434+4=2434⋅2434 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 307 mod 479
16: 24316=2438+8=2438⋅2438 ≡ 307⋅307=94249 ≡ 365 mod 479
32: 24332=24316+16=24316⋅24316 ≡ 365⋅365=133225 ≡ 63 mod 479
64: 24364=24332+32=24332⋅24332 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 137 mod 479
128: 243128=24364+64=24364⋅24364 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 88 mod 479
243227
= 243128+64+32+2+1
= 243128⋅24364⋅24332⋅2432⋅2431
≡ 88 ⋅ 137 ⋅ 63 ⋅ 132 ⋅ 243 mod 479
≡ 12056 ⋅ 63 ⋅ 132 ⋅ 243 mod 479 ≡ 81 ⋅ 63 ⋅ 132 ⋅ 243 mod 479
≡ 5103 ⋅ 132 ⋅ 243 mod 479 ≡ 313 ⋅ 132 ⋅ 243 mod 479
≡ 41316 ⋅ 243 mod 479 ≡ 122 ⋅ 243 mod 479
≡ 29646 mod 479 ≡ 427 mod 479
Es gilt also: 243227 ≡ 427 mod 479
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 62.
Also bestimme x, so dass 62 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 62
| =>71 | = 1⋅62 + 9 |
| =>62 | = 6⋅9 + 8 |
| =>9 | = 1⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,62)=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= 9-1⋅8 | |||
| 8= 62-6⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -1⋅(62 -6⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅62 +6⋅ 9) = -1⋅62 +7⋅ 9 (=1) |
| 9= 71-1⋅62 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅62 +7⋅(71 -1⋅ 62)
= -1⋅62 +7⋅71 -7⋅ 62) = 7⋅71 -8⋅ 62 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,62)=1 = 7⋅71 -8⋅62
oder wenn man 7⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅71 = -8⋅62
-8⋅62 = -7⋅71 + 1 |+71⋅62
-8⋅62 + 71⋅62 = -7⋅71 + 71⋅62 + 1
(-8 + 71) ⋅ 62 = (-7 + 62) ⋅ 71 + 1
63⋅62 = 55⋅71 + 1
Es gilt also: 63⋅62 = 55⋅71 +1
Somit 63⋅62 = 1 mod 71
63 ist also das Inverse von 62 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
