Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1797 - 457) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1797 - 457) mod 9 ≡ (1797 mod 9 - 457 mod 9) mod 9.
1797 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1797
= 1800
457 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 457
= 450
Somit gilt:
(1797 - 457) mod 9 ≡ (6 - 7) mod 9 ≡ -1 mod 9 ≡ 8 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (57 ⋅ 17) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(57 ⋅ 17) mod 10 ≡ (57 mod 10 ⋅ 17 mod 10) mod 10.
57 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 50 + 7 = 5 ⋅ 10 + 7 ist.
17 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 10 + 7 = 1 ⋅ 10 + 7 ist.
Somit gilt:
(57 ⋅ 17) mod 10 ≡ (7 ⋅ 7) mod 10 ≡ 49 mod 10 ≡ 9 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 44732 mod 653.
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. 447 -> x
2. mod(x²,653) -> 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 ≡ 644 mod 653
4: 4474=4472+2=4472⋅4472 ≡ 644⋅644=414736 ≡ 81 mod 653
8: 4478=4474+4=4474⋅4474 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 31 mod 653
16: 44716=4478+8=4478⋅4478 ≡ 31⋅31=961 ≡ 308 mod 653
32: 44732=44716+16=44716⋅44716 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 179 mod 653
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 332189 mod 883.
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: 3321=332
2: 3322=3321+1=3321⋅3321 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 732 mod 883
4: 3324=3322+2=3322⋅3322 ≡ 732⋅732=535824 ≡ 726 mod 883
8: 3328=3324+4=3324⋅3324 ≡ 726⋅726=527076 ≡ 808 mod 883
16: 33216=3328+8=3328⋅3328 ≡ 808⋅808=652864 ≡ 327 mod 883
32: 33232=33216+16=33216⋅33216 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 86 mod 883
64: 33264=33232+32=33232⋅33232 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 332 mod 883
128: 332128=33264+64=33264⋅33264 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 732 mod 883
332189
= 332128+32+16+8+4+1
= 332128⋅33232⋅33216⋅3328⋅3324⋅3321
≡ 732 ⋅ 86 ⋅ 327 ⋅ 808 ⋅ 726 ⋅ 332 mod 883
≡ 62952 ⋅ 327 ⋅ 808 ⋅ 726 ⋅ 332 mod 883 ≡ 259 ⋅ 327 ⋅ 808 ⋅ 726 ⋅ 332 mod 883
≡ 84693 ⋅ 808 ⋅ 726 ⋅ 332 mod 883 ≡ 808 ⋅ 808 ⋅ 726 ⋅ 332 mod 883
≡ 652864 ⋅ 726 ⋅ 332 mod 883 ≡ 327 ⋅ 726 ⋅ 332 mod 883
≡ 237402 ⋅ 332 mod 883 ≡ 758 ⋅ 332 mod 883
≡ 251656 mod 883 ≡ 1 mod 883
Es gilt also: 332189 ≡ 1 mod 883
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 19.
Also bestimme x, so dass 19 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 19
| =>53 | = 2⋅19 + 15 |
| =>19 | = 1⋅15 + 4 |
| =>15 | = 3⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,19)=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= 15-3⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(15 -3⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅15 +3⋅ 4) = -1⋅15 +4⋅ 4 (=1) |
| 4= 19-1⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅15 +4⋅(19 -1⋅ 15)
= -1⋅15 +4⋅19 -4⋅ 15) = 4⋅19 -5⋅ 15 (=1) |
| 15= 53-2⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅19 -5⋅(53 -2⋅ 19)
= 4⋅19 -5⋅53 +10⋅ 19) = -5⋅53 +14⋅ 19 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,19)=1 = -5⋅53 +14⋅19
oder wenn man -5⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅53 = +14⋅19
Es gilt also: 14⋅19 = 5⋅53 +1
Somit 14⋅19 = 1 mod 53
14 ist also das Inverse von 19 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
