Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (204 + 96) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(204 + 96) mod 5 ≡ (204 mod 5 + 96 mod 5) mod 5.
204 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 204
= 200
96 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96
= 90
Somit gilt:
(204 + 96) mod 5 ≡ (4 + 1) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (99 ⋅ 94) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(99 ⋅ 94) mod 5 ≡ (99 mod 5 ⋅ 94 mod 5) mod 5.
99 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 95 + 4 = 19 ⋅ 5 + 4 ist.
94 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 90 + 4 = 18 ⋅ 5 + 4 ist.
Somit gilt:
(99 ⋅ 94) mod 5 ≡ (4 ⋅ 4) mod 5 ≡ 16 mod 5 ≡ 1 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 15132 mod 503.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 151 -> x
2. mod(x²,503) -> 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: 1511=151
2: 1512=1511+1=1511⋅1511 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 166 mod 503
4: 1514=1512+2=1512⋅1512 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 394 mod 503
8: 1518=1514+4=1514⋅1514 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 312 mod 503
16: 15116=1518+8=1518⋅1518 ≡ 312⋅312=97344 ≡ 265 mod 503
32: 15132=15116+16=15116⋅15116 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 308 mod 503
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 190223 mod 263.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 223 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 223 an und zerlegen 223 in eine Summer von 2er-Potenzen:
223 = 128+64+16+8+4+2+1
1: 1901=190
2: 1902=1901+1=1901⋅1901 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 69 mod 263
4: 1904=1902+2=1902⋅1902 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 27 mod 263
8: 1908=1904+4=1904⋅1904 ≡ 27⋅27=729 ≡ 203 mod 263
16: 19016=1908+8=1908⋅1908 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 181 mod 263
32: 19032=19016+16=19016⋅19016 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 149 mod 263
64: 19064=19032+32=19032⋅19032 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 109 mod 263
128: 190128=19064+64=19064⋅19064 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 46 mod 263
190223
= 190128+64+16+8+4+2+1
= 190128⋅19064⋅19016⋅1908⋅1904⋅1902⋅1901
≡ 46 ⋅ 109 ⋅ 181 ⋅ 203 ⋅ 27 ⋅ 69 ⋅ 190 mod 263
≡ 5014 ⋅ 181 ⋅ 203 ⋅ 27 ⋅ 69 ⋅ 190 mod 263 ≡ 17 ⋅ 181 ⋅ 203 ⋅ 27 ⋅ 69 ⋅ 190 mod 263
≡ 3077 ⋅ 203 ⋅ 27 ⋅ 69 ⋅ 190 mod 263 ≡ 184 ⋅ 203 ⋅ 27 ⋅ 69 ⋅ 190 mod 263
≡ 37352 ⋅ 27 ⋅ 69 ⋅ 190 mod 263 ≡ 6 ⋅ 27 ⋅ 69 ⋅ 190 mod 263
≡ 162 ⋅ 69 ⋅ 190 mod 263
≡ 11178 ⋅ 190 mod 263 ≡ 132 ⋅ 190 mod 263
≡ 25080 mod 263 ≡ 95 mod 263
Es gilt also: 190223 ≡ 95 mod 263
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 72.
Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 72
| =>101 | = 1⋅72 + 29 |
| =>72 | = 2⋅29 + 14 |
| =>29 | = 2⋅14 + 1 |
| =>14 | = 14⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,72)=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= 29-2⋅14 | |||
| 14= 72-2⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅29 -2⋅(72 -2⋅ 29)
= 1⋅29 -2⋅72 +4⋅ 29) = -2⋅72 +5⋅ 29 (=1) |
| 29= 101-1⋅72 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅72 +5⋅(101 -1⋅ 72)
= -2⋅72 +5⋅101 -5⋅ 72) = 5⋅101 -7⋅ 72 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,72)=1 = 5⋅101 -7⋅72
oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅101 = -7⋅72
-7⋅72 = -5⋅101 + 1 |+101⋅72
-7⋅72 + 101⋅72 = -5⋅101 + 101⋅72 + 1
(-7 + 101) ⋅ 72 = (-5 + 72) ⋅ 101 + 1
94⋅72 = 67⋅101 + 1
Es gilt also: 94⋅72 = 67⋅101 +1
Somit 94⋅72 = 1 mod 101
94 ist also das Inverse von 72 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
