Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (216 + 3504) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(216 + 3504) mod 7 ≡ (216 mod 7 + 3504 mod 7) mod 7.
216 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 216
= 210
3504 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3504
= 3500
Somit gilt:
(216 + 3504) mod 7 ≡ (6 + 4) mod 7 ≡ 10 mod 7 ≡ 3 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (95 ⋅ 39) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(95 ⋅ 39) mod 7 ≡ (95 mod 7 ⋅ 39 mod 7) mod 7.
95 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 91 + 4 = 13 ⋅ 7 + 4 ist.
39 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 35 + 4 = 5 ⋅ 7 + 4 ist.
Somit gilt:
(95 ⋅ 39) mod 7 ≡ (4 ⋅ 4) mod 7 ≡ 16 mod 7 ≡ 2 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 64164 mod 769.
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. 641 -> x
2. mod(x²,769) -> 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: 6411=641
2: 6412=6411+1=6411⋅6411 ≡ 641⋅641=410881 ≡ 235 mod 769
4: 6414=6412+2=6412⋅6412 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 626 mod 769
8: 6418=6414+4=6414⋅6414 ≡ 626⋅626=391876 ≡ 455 mod 769
16: 64116=6418+8=6418⋅6418 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 164 mod 769
32: 64132=64116+16=64116⋅64116 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 750 mod 769
64: 64164=64132+32=64132⋅64132 ≡ 750⋅750=562500 ≡ 361 mod 769
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 198135 mod 631.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 135 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 135 an und zerlegen 135 in eine Summer von 2er-Potenzen:
135 = 128+4+2+1
1: 1981=198
2: 1982=1981+1=1981⋅1981 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 82 mod 631
4: 1984=1982+2=1982⋅1982 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 414 mod 631
8: 1988=1984+4=1984⋅1984 ≡ 414⋅414=171396 ≡ 395 mod 631
16: 19816=1988+8=1988⋅1988 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 168 mod 631
32: 19832=19816+16=19816⋅19816 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 460 mod 631
64: 19864=19832+32=19832⋅19832 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 215 mod 631
128: 198128=19864+64=19864⋅19864 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 162 mod 631
198135
= 198128+4+2+1
= 198128⋅1984⋅1982⋅1981
≡ 162 ⋅ 414 ⋅ 82 ⋅ 198 mod 631
≡ 67068 ⋅ 82 ⋅ 198 mod 631 ≡ 182 ⋅ 82 ⋅ 198 mod 631
≡ 14924 ⋅ 198 mod 631 ≡ 411 ⋅ 198 mod 631
≡ 81378 mod 631 ≡ 610 mod 631
Es gilt also: 198135 ≡ 610 mod 631
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 59
| =>79 | = 1⋅59 + 20 |
| =>59 | = 2⋅20 + 19 |
| =>20 | = 1⋅19 + 1 |
| =>19 | = 19⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,59)=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= 20-1⋅19 | |||
| 19= 59-2⋅20 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅20 -1⋅(59 -2⋅ 20)
= 1⋅20 -1⋅59 +2⋅ 20) = -1⋅59 +3⋅ 20 (=1) |
| 20= 79-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅59 +3⋅(79 -1⋅ 59)
= -1⋅59 +3⋅79 -3⋅ 59) = 3⋅79 -4⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,59)=1 = 3⋅79 -4⋅59
oder wenn man 3⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -3⋅79 = -4⋅59
-4⋅59 = -3⋅79 + 1 |+79⋅59
-4⋅59 + 79⋅59 = -3⋅79 + 79⋅59 + 1
(-4 + 79) ⋅ 59 = (-3 + 59) ⋅ 79 + 1
75⋅59 = 56⋅79 + 1
Es gilt also: 75⋅59 = 56⋅79 +1
Somit 75⋅59 = 1 mod 79
75 ist also das Inverse von 59 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
