Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (140 - 144) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(140 - 144) mod 7 ≡ (140 mod 7 - 144 mod 7) mod 7.
140 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 140
= 140
144 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 144
= 140
Somit gilt:
(140 - 144) mod 7 ≡ (0 - 4) mod 7 ≡ -4 mod 7 ≡ 3 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 45) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(70 ⋅ 45) mod 3 ≡ (70 mod 3 ⋅ 45 mod 3) mod 3.
70 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 69 + 1 = 23 ⋅ 3 + 1 ist.
45 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 45 + 0 = 15 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(70 ⋅ 45) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 657128 mod 971.
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. 657 -> x
2. mod(x²,971) -> 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: 6571=657
2: 6572=6571+1=6571⋅6571 ≡ 657⋅657=431649 ≡ 525 mod 971
4: 6574=6572+2=6572⋅6572 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 832 mod 971
8: 6578=6574+4=6574⋅6574 ≡ 832⋅832=692224 ≡ 872 mod 971
16: 65716=6578+8=6578⋅6578 ≡ 872⋅872=760384 ≡ 91 mod 971
32: 65732=65716+16=65716⋅65716 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 513 mod 971
64: 65764=65732+32=65732⋅65732 ≡ 513⋅513=263169 ≡ 28 mod 971
128: 657128=65764+64=65764⋅65764 ≡ 28⋅28=784 ≡ 784 mod 971
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 385238 mod 709.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 238 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 238 an und zerlegen 238 in eine Summer von 2er-Potenzen:
238 = 128+64+32+8+4+2
1: 3851=385
2: 3852=3851+1=3851⋅3851 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 44 mod 709
4: 3854=3852+2=3852⋅3852 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 518 mod 709
8: 3858=3854+4=3854⋅3854 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 322 mod 709
16: 38516=3858+8=3858⋅3858 ≡ 322⋅322=103684 ≡ 170 mod 709
32: 38532=38516+16=38516⋅38516 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 540 mod 709
64: 38564=38532+32=38532⋅38532 ≡ 540⋅540=291600 ≡ 201 mod 709
128: 385128=38564+64=38564⋅38564 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 697 mod 709
385238
= 385128+64+32+8+4+2
= 385128⋅38564⋅38532⋅3858⋅3854⋅3852
≡ 697 ⋅ 201 ⋅ 540 ⋅ 322 ⋅ 518 ⋅ 44 mod 709
≡ 140097 ⋅ 540 ⋅ 322 ⋅ 518 ⋅ 44 mod 709 ≡ 424 ⋅ 540 ⋅ 322 ⋅ 518 ⋅ 44 mod 709
≡ 228960 ⋅ 322 ⋅ 518 ⋅ 44 mod 709 ≡ 662 ⋅ 322 ⋅ 518 ⋅ 44 mod 709
≡ 213164 ⋅ 518 ⋅ 44 mod 709 ≡ 464 ⋅ 518 ⋅ 44 mod 709
≡ 240352 ⋅ 44 mod 709 ≡ 1 ⋅ 44 mod 709
≡ 44 mod 709
Es gilt also: 385238 ≡ 44 mod 709
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 84.
Also bestimme x, so dass 84 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 84
| =>89 | = 1⋅84 + 5 |
| =>84 | = 16⋅5 + 4 |
| =>5 | = 1⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,84)=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= 5-1⋅4 | |||
| 4= 84-16⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -1⋅(84 -16⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅84 +16⋅ 5) = -1⋅84 +17⋅ 5 (=1) |
| 5= 89-1⋅84 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅84 +17⋅(89 -1⋅ 84)
= -1⋅84 +17⋅89 -17⋅ 84) = 17⋅89 -18⋅ 84 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,84)=1 = 17⋅89 -18⋅84
oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -17⋅89 = -18⋅84
-18⋅84 = -17⋅89 + 1 |+89⋅84
-18⋅84 + 89⋅84 = -17⋅89 + 89⋅84 + 1
(-18 + 89) ⋅ 84 = (-17 + 84) ⋅ 89 + 1
71⋅84 = 67⋅89 + 1
Es gilt also: 71⋅84 = 67⋅89 +1
Somit 71⋅84 = 1 mod 89
71 ist also das Inverse von 84 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
