Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (5998 - 3006) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(5998 - 3006) mod 6 ≡ (5998 mod 6 - 3006 mod 6) mod 6.
5998 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5998
= 6000
3006 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3006
= 3000
Somit gilt:
(5998 - 3006) mod 6 ≡ (4 - 0) mod 6 ≡ 4 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (26 ⋅ 61) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(26 ⋅ 61) mod 4 ≡ (26 mod 4 ⋅ 61 mod 4) mod 4.
26 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 24 + 2 = 6 ⋅ 4 + 2 ist.
61 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 15 ⋅ 4 + 1 ist.
Somit gilt:
(26 ⋅ 61) mod 4 ≡ (2 ⋅ 1) mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 314128 mod 359.
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. 314 -> x
2. mod(x²,359) -> 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: 3141=314
2: 3142=3141+1=3141⋅3141 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 230 mod 359
4: 3144=3142+2=3142⋅3142 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 127 mod 359
8: 3148=3144+4=3144⋅3144 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 333 mod 359
16: 31416=3148+8=3148⋅3148 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 317 mod 359
32: 31432=31416+16=31416⋅31416 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 328 mod 359
64: 31464=31432+32=31432⋅31432 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 243 mod 359
128: 314128=31464+64=31464⋅31464 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 173 mod 359
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 226116 mod 673.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 116 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 116 an und zerlegen 116 in eine Summer von 2er-Potenzen:
116 = 64+32+16+4
1: 2261=226
2: 2262=2261+1=2261⋅2261 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 601 mod 673
4: 2264=2262+2=2262⋅2262 ≡ 601⋅601=361201 ≡ 473 mod 673
8: 2268=2264+4=2264⋅2264 ≡ 473⋅473=223729 ≡ 293 mod 673
16: 22616=2268+8=2268⋅2268 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 378 mod 673
32: 22632=22616+16=22616⋅22616 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 208 mod 673
64: 22664=22632+32=22632⋅22632 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 192 mod 673
226116
= 22664+32+16+4
= 22664⋅22632⋅22616⋅2264
≡ 192 ⋅ 208 ⋅ 378 ⋅ 473 mod 673
≡ 39936 ⋅ 378 ⋅ 473 mod 673 ≡ 229 ⋅ 378 ⋅ 473 mod 673
≡ 86562 ⋅ 473 mod 673 ≡ 418 ⋅ 473 mod 673
≡ 197714 mod 673 ≡ 525 mod 673
Es gilt also: 226116 ≡ 525 mod 673
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 55.
Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 55
| =>101 | = 1⋅55 + 46 |
| =>55 | = 1⋅46 + 9 |
| =>46 | = 5⋅9 + 1 |
| =>9 | = 9⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,55)=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= 46-5⋅9 | |||
| 9= 55-1⋅46 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅46 -5⋅(55 -1⋅ 46)
= 1⋅46 -5⋅55 +5⋅ 46) = -5⋅55 +6⋅ 46 (=1) |
| 46= 101-1⋅55 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅55 +6⋅(101 -1⋅ 55)
= -5⋅55 +6⋅101 -6⋅ 55) = 6⋅101 -11⋅ 55 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,55)=1 = 6⋅101 -11⋅55
oder wenn man 6⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -6⋅101 = -11⋅55
-11⋅55 = -6⋅101 + 1 |+101⋅55
-11⋅55 + 101⋅55 = -6⋅101 + 101⋅55 + 1
(-11 + 101) ⋅ 55 = (-6 + 55) ⋅ 101 + 1
90⋅55 = 49⋅101 + 1
Es gilt also: 90⋅55 = 49⋅101 +1
Somit 90⋅55 = 1 mod 101
90 ist also das Inverse von 55 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
