Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (504 - 25004) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(504 - 25004) mod 5 ≡ (504 mod 5 - 25004 mod 5) mod 5.
504 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 504
= 500
25004 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25004
= 25000
Somit gilt:
(504 - 25004) mod 5 ≡ (4 - 4) mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (96 ⋅ 46) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(96 ⋅ 46) mod 5 ≡ (96 mod 5 ⋅ 46 mod 5) mod 5.
96 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 95 + 1 = 19 ⋅ 5 + 1 ist.
46 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 9 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(96 ⋅ 46) mod 5 ≡ (1 ⋅ 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 35832 mod 421.
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. 358 -> x
2. mod(x²,421) -> 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: 3581=358
2: 3582=3581+1=3581⋅3581 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 180 mod 421
4: 3584=3582+2=3582⋅3582 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 404 mod 421
8: 3588=3584+4=3584⋅3584 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 289 mod 421
16: 35816=3588+8=3588⋅3588 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 163 mod 421
32: 35832=35816+16=35816⋅35816 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 46 mod 421
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 215244 mod 641.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 244 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 244 an und zerlegen 244 in eine Summer von 2er-Potenzen:
244 = 128+64+32+16+4
1: 2151=215
2: 2152=2151+1=2151⋅2151 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 73 mod 641
4: 2154=2152+2=2152⋅2152 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 201 mod 641
8: 2158=2154+4=2154⋅2154 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 18 mod 641
16: 21516=2158+8=2158⋅2158 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 641
32: 21532=21516+16=21516⋅21516 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 493 mod 641
64: 21564=21532+32=21532⋅21532 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 110 mod 641
128: 215128=21564+64=21564⋅21564 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 562 mod 641
215244
= 215128+64+32+16+4
= 215128⋅21564⋅21532⋅21516⋅2154
≡ 562 ⋅ 110 ⋅ 493 ⋅ 324 ⋅ 201 mod 641
≡ 61820 ⋅ 493 ⋅ 324 ⋅ 201 mod 641 ≡ 284 ⋅ 493 ⋅ 324 ⋅ 201 mod 641
≡ 140012 ⋅ 324 ⋅ 201 mod 641 ≡ 274 ⋅ 324 ⋅ 201 mod 641
≡ 88776 ⋅ 201 mod 641 ≡ 318 ⋅ 201 mod 641
≡ 63918 mod 641 ≡ 459 mod 641
Es gilt also: 215244 ≡ 459 mod 641
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 18.
Also bestimme x, so dass 18 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 18
| =>61 | = 3⋅18 + 7 |
| =>18 | = 2⋅7 + 4 |
| =>7 | = 1⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,18)=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= 7-1⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(7 -1⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅7 +1⋅ 4) = -1⋅7 +2⋅ 4 (=1) |
| 4= 18-2⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅7 +2⋅(18 -2⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅18 -4⋅ 7) = 2⋅18 -5⋅ 7 (=1) |
| 7= 61-3⋅18 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅18 -5⋅(61 -3⋅ 18)
= 2⋅18 -5⋅61 +15⋅ 18) = -5⋅61 +17⋅ 18 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,18)=1 = -5⋅61 +17⋅18
oder wenn man -5⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅61 = +17⋅18
Es gilt also: 17⋅18 = 5⋅61 +1
Somit 17⋅18 = 1 mod 61
17 ist also das Inverse von 18 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
