Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (16002 + 396) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(16002 + 396) mod 4 ≡ (16002 mod 4 + 396 mod 4) mod 4.
16002 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16002
= 16000
396 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 396
= 300
Somit gilt:
(16002 + 396) mod 4 ≡ (2 + 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (95 ⋅ 77) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(95 ⋅ 77) mod 6 ≡ (95 mod 6 ⋅ 77 mod 6) mod 6.
95 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 90 + 5 = 15 ⋅ 6 + 5 ist.
77 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 77 = 72 + 5 = 12 ⋅ 6 + 5 ist.
Somit gilt:
(95 ⋅ 77) mod 6 ≡ (5 ⋅ 5) mod 6 ≡ 25 mod 6 ≡ 1 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 2668 mod 383.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 266 -> x
2. mod(x²,383) -> 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: 2661=266
2: 2662=2661+1=2661⋅2661 ≡ 266⋅266=70756 ≡ 284 mod 383
4: 2664=2662+2=2662⋅2662 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 226 mod 383
8: 2668=2664+4=2664⋅2664 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 137 mod 383
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 412175 mod 521.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 175 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 175 an und zerlegen 175 in eine Summer von 2er-Potenzen:
175 = 128+32+8+4+2+1
1: 4121=412
2: 4122=4121+1=4121⋅4121 ≡ 412⋅412=169744 ≡ 419 mod 521
4: 4124=4122+2=4122⋅4122 ≡ 419⋅419=175561 ≡ 505 mod 521
8: 4128=4124+4=4124⋅4124 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 256 mod 521
16: 41216=4128+8=4128⋅4128 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 411 mod 521
32: 41232=41216+16=41216⋅41216 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 117 mod 521
64: 41264=41232+32=41232⋅41232 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 143 mod 521
128: 412128=41264+64=41264⋅41264 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 130 mod 521
412175
= 412128+32+8+4+2+1
= 412128⋅41232⋅4128⋅4124⋅4122⋅4121
≡ 130 ⋅ 117 ⋅ 256 ⋅ 505 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521
≡ 15210 ⋅ 256 ⋅ 505 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521 ≡ 101 ⋅ 256 ⋅ 505 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521
≡ 25856 ⋅ 505 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521 ≡ 327 ⋅ 505 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521
≡ 165135 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521 ≡ 499 ⋅ 419 ⋅ 412 mod 521
≡ 209081 ⋅ 412 mod 521 ≡ 160 ⋅ 412 mod 521
≡ 65920 mod 521 ≡ 274 mod 521
Es gilt also: 412175 ≡ 274 mod 521
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 25.
Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 25
| =>61 | = 2⋅25 + 11 |
| =>25 | = 2⋅11 + 3 |
| =>11 | = 3⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,25)=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= 11-3⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(11 -3⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅11 +3⋅ 3) = -1⋅11 +4⋅ 3 (=1) |
| 3= 25-2⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅11 +4⋅(25 -2⋅ 11)
= -1⋅11 +4⋅25 -8⋅ 11) = 4⋅25 -9⋅ 11 (=1) |
| 11= 61-2⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅25 -9⋅(61 -2⋅ 25)
= 4⋅25 -9⋅61 +18⋅ 25) = -9⋅61 +22⋅ 25 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,25)=1 = -9⋅61 +22⋅25
oder wenn man -9⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅61 = +22⋅25
Es gilt also: 22⋅25 = 9⋅61 +1
Somit 22⋅25 = 1 mod 61
22 ist also das Inverse von 25 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
