Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1402 - 3504) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1402 - 3504) mod 7 ≡ (1402 mod 7 - 3504 mod 7) mod 7.
1402 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1402
= 1400
3504 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3504
= 3500
Somit gilt:
(1402 - 3504) mod 7 ≡ (2 - 4) mod 7 ≡ -2 mod 7 ≡ 5 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 34) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(18 ⋅ 34) mod 10 ≡ (18 mod 10 ⋅ 34 mod 10) mod 10.
18 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 10 + 8 = 1 ⋅ 10 + 8 ist.
34 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 30 + 4 = 3 ⋅ 10 + 4 ist.
Somit gilt:
(18 ⋅ 34) mod 10 ≡ (8 ⋅ 4) mod 10 ≡ 32 mod 10 ≡ 2 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 322128 mod 367.
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. 322 -> x
2. mod(x²,367) -> 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: 3221=322
2: 3222=3221+1=3221⋅3221 ≡ 322⋅322=103684 ≡ 190 mod 367
4: 3224=3222+2=3222⋅3222 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 134 mod 367
8: 3228=3224+4=3224⋅3224 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 340 mod 367
16: 32216=3228+8=3228⋅3228 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 362 mod 367
32: 32232=32216+16=32216⋅32216 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 25 mod 367
64: 32264=32232+32=32232⋅32232 ≡ 25⋅25=625 ≡ 258 mod 367
128: 322128=32264+64=32264⋅32264 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 137 mod 367
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 242159 mod 743.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 159 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 159 an und zerlegen 159 in eine Summer von 2er-Potenzen:
159 = 128+16+8+4+2+1
1: 2421=242
2: 2422=2421+1=2421⋅2421 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 610 mod 743
4: 2424=2422+2=2422⋅2422 ≡ 610⋅610=372100 ≡ 600 mod 743
8: 2428=2424+4=2424⋅2424 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 388 mod 743
16: 24216=2428+8=2428⋅2428 ≡ 388⋅388=150544 ≡ 458 mod 743
32: 24232=24216+16=24216⋅24216 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 238 mod 743
64: 24264=24232+32=24232⋅24232 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 176 mod 743
128: 242128=24264+64=24264⋅24264 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 513 mod 743
242159
= 242128+16+8+4+2+1
= 242128⋅24216⋅2428⋅2424⋅2422⋅2421
≡ 513 ⋅ 458 ⋅ 388 ⋅ 600 ⋅ 610 ⋅ 242 mod 743
≡ 234954 ⋅ 388 ⋅ 600 ⋅ 610 ⋅ 242 mod 743 ≡ 166 ⋅ 388 ⋅ 600 ⋅ 610 ⋅ 242 mod 743
≡ 64408 ⋅ 600 ⋅ 610 ⋅ 242 mod 743 ≡ 510 ⋅ 600 ⋅ 610 ⋅ 242 mod 743
≡ 306000 ⋅ 610 ⋅ 242 mod 743 ≡ 627 ⋅ 610 ⋅ 242 mod 743
≡ 382470 ⋅ 242 mod 743 ≡ 568 ⋅ 242 mod 743
≡ 137456 mod 743 ≡ 1 mod 743
Es gilt also: 242159 ≡ 1 mod 743
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 19.
Also bestimme x, so dass 19 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 19
| =>61 | = 3⋅19 + 4 |
| =>19 | = 4⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,19)=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= 19-4⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4) = -1⋅19 +5⋅ 4 (=1) |
| 4= 61-3⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅19 +5⋅(61 -3⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅61 -15⋅ 19) = 5⋅61 -16⋅ 19 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,19)=1 = 5⋅61 -16⋅19
oder wenn man 5⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅61 = -16⋅19
-16⋅19 = -5⋅61 + 1 |+61⋅19
-16⋅19 + 61⋅19 = -5⋅61 + 61⋅19 + 1
(-16 + 61) ⋅ 19 = (-5 + 19) ⋅ 61 + 1
45⋅19 = 14⋅61 + 1
Es gilt also: 45⋅19 = 14⋅61 +1
Somit 45⋅19 = 1 mod 61
45 ist also das Inverse von 19 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
