Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (7003 - 35000) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(7003 - 35000) mod 7 ≡ (7003 mod 7 - 35000 mod 7) mod 7.
7003 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7003
= 7000
35000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35000
= 35000
Somit gilt:
(7003 - 35000) mod 7 ≡ (3 - 0) mod 7 ≡ 3 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (72 ⋅ 64) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(72 ⋅ 64) mod 8 ≡ (72 mod 8 ⋅ 64 mod 8) mod 8.
72 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 9 ⋅ 8 + 0 ist.
64 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 64 + 0 = 8 ⋅ 8 + 0 ist.
Somit gilt:
(72 ⋅ 64) mod 8 ≡ (0 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 654128 mod 659.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 654 -> x
2. mod(x²,659) -> 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: 6541=654
2: 6542=6541+1=6541⋅6541 ≡ 654⋅654=427716 ≡ 25 mod 659
4: 6544=6542+2=6542⋅6542 ≡ 25⋅25=625 ≡ 625 mod 659
8: 6548=6544+4=6544⋅6544 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 497 mod 659
16: 65416=6548+8=6548⋅6548 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 543 mod 659
32: 65432=65416+16=65416⋅65416 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 276 mod 659
64: 65464=65432+32=65432⋅65432 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 391 mod 659
128: 654128=65464+64=65464⋅65464 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 652 mod 659
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 152210 mod 463.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 210 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 210 an und zerlegen 210 in eine Summer von 2er-Potenzen:
210 = 128+64+16+2
1: 1521=152
2: 1522=1521+1=1521⋅1521 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 417 mod 463
4: 1524=1522+2=1522⋅1522 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 264 mod 463
8: 1528=1524+4=1524⋅1524 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 246 mod 463
16: 15216=1528+8=1528⋅1528 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 326 mod 463
32: 15232=15216+16=15216⋅15216 ≡ 326⋅326=106276 ≡ 249 mod 463
64: 15264=15232+32=15232⋅15232 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 422 mod 463
128: 152128=15264+64=15264⋅15264 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 292 mod 463
152210
= 152128+64+16+2
= 152128⋅15264⋅15216⋅1522
≡ 292 ⋅ 422 ⋅ 326 ⋅ 417 mod 463
≡ 123224 ⋅ 326 ⋅ 417 mod 463 ≡ 66 ⋅ 326 ⋅ 417 mod 463
≡ 21516 ⋅ 417 mod 463 ≡ 218 ⋅ 417 mod 463
≡ 90906 mod 463 ≡ 158 mod 463
Es gilt also: 152210 ≡ 158 mod 463
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 47
| =>59 | = 1⋅47 + 12 |
| =>47 | = 3⋅12 + 11 |
| =>12 | = 1⋅11 + 1 |
| =>11 | = 11⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,47)=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= 12-1⋅11 | |||
| 11= 47-3⋅12 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅12 -1⋅(47 -3⋅ 12)
= 1⋅12 -1⋅47 +3⋅ 12) = -1⋅47 +4⋅ 12 (=1) |
| 12= 59-1⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅47 +4⋅(59 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +4⋅59 -4⋅ 47) = 4⋅59 -5⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,47)=1 = 4⋅59 -5⋅47
oder wenn man 4⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -4⋅59 = -5⋅47
-5⋅47 = -4⋅59 + 1 |+59⋅47
-5⋅47 + 59⋅47 = -4⋅59 + 59⋅47 + 1
(-5 + 59) ⋅ 47 = (-4 + 47) ⋅ 59 + 1
54⋅47 = 43⋅59 + 1
Es gilt also: 54⋅47 = 43⋅59 +1
Somit 54⋅47 = 1 mod 59
54 ist also das Inverse von 47 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
