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: (92 + 597) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(92 + 597) mod 3 ≡ (92 mod 3 + 597 mod 3) mod 3.
92 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92
= 90
597 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 597
= 600
Somit gilt:
(92 + 597) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (91 ⋅ 70) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(91 ⋅ 70) mod 10 ≡ (91 mod 10 ⋅ 70 mod 10) mod 10.
91 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 9 ⋅ 10 + 1 ist.
70 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 7 ⋅ 10 + 0 ist.
Somit gilt:
(91 ⋅ 70) mod 10 ≡ (1 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 14064 mod 317.
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. 140 -> x
2. mod(x²,317) -> 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: 1401=140
2: 1402=1401+1=1401⋅1401 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 263 mod 317
4: 1404=1402+2=1402⋅1402 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 63 mod 317
8: 1408=1404+4=1404⋅1404 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 165 mod 317
16: 14016=1408+8=1408⋅1408 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 280 mod 317
32: 14032=14016+16=14016⋅14016 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 101 mod 317
64: 14064=14032+32=14032⋅14032 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 57 mod 317
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 378111 mod 643.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 111 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 111 an und zerlegen 111 in eine Summer von 2er-Potenzen:
111 = 64+32+8+4+2+1
1: 3781=378
2: 3782=3781+1=3781⋅3781 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 138 mod 643
4: 3784=3782+2=3782⋅3782 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 397 mod 643
8: 3788=3784+4=3784⋅3784 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 74 mod 643
16: 37816=3788+8=3788⋅3788 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 332 mod 643
32: 37832=37816+16=37816⋅37816 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 271 mod 643
64: 37864=37832+32=37832⋅37832 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 139 mod 643
378111
= 37864+32+8+4+2+1
= 37864⋅37832⋅3788⋅3784⋅3782⋅3781
≡ 139 ⋅ 271 ⋅ 74 ⋅ 397 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643
≡ 37669 ⋅ 74 ⋅ 397 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643 ≡ 375 ⋅ 74 ⋅ 397 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643
≡ 27750 ⋅ 397 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643 ≡ 101 ⋅ 397 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643
≡ 40097 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643 ≡ 231 ⋅ 138 ⋅ 378 mod 643
≡ 31878 ⋅ 378 mod 643 ≡ 371 ⋅ 378 mod 643
≡ 140238 mod 643 ≡ 64 mod 643
Es gilt also: 378111 ≡ 64 mod 643
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 18.
Also bestimme x, so dass 18 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 18
| =>61 | = 3⋅18 + 7 |
| =>18 | = 2⋅7 + 4 |
| =>7 | = 1⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,18)=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= 7-1⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(7 -1⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅7 +1⋅ 4) = -1⋅7 +2⋅ 4 (=1) |
| 4= 18-2⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅7 +2⋅(18 -2⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅18 -4⋅ 7) = 2⋅18 -5⋅ 7 (=1) |
| 7= 61-3⋅18 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅18 -5⋅(61 -3⋅ 18)
= 2⋅18 -5⋅61 +15⋅ 18) = -5⋅61 +17⋅ 18 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,18)=1 = -5⋅61 +17⋅18
oder wenn man -5⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅61 = +17⋅18
Es gilt also: 17⋅18 = 5⋅61 +1
Somit 17⋅18 = 1 mod 61
17 ist also das Inverse von 18 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
