Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (396 + 1601) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(396 + 1601) mod 8 ≡ (396 mod 8 + 1601 mod 8) mod 8.
396 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 396
= 400
1601 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1601
= 1600
Somit gilt:
(396 + 1601) mod 8 ≡ (4 + 1) mod 8 ≡ 5 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 45) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23 ⋅ 45) mod 9 ≡ (23 mod 9 ⋅ 45 mod 9) mod 9.
23 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 18 + 5 = 2 ⋅ 9 + 5 ist.
45 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 45 + 0 = 5 ⋅ 9 + 0 ist.
Somit gilt:
(23 ⋅ 45) mod 9 ≡ (5 ⋅ 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 19164 mod 463.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 191 -> x
2. mod(x²,463) -> 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: 1911=191
2: 1912=1911+1=1911⋅1911 ≡ 191⋅191=36481 ≡ 367 mod 463
4: 1914=1912+2=1912⋅1912 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 419 mod 463
8: 1918=1914+4=1914⋅1914 ≡ 419⋅419=175561 ≡ 84 mod 463
16: 19116=1918+8=1918⋅1918 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 111 mod 463
32: 19132=19116+16=19116⋅19116 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 283 mod 463
64: 19164=19132+32=19132⋅19132 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 453 mod 463
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 340125 mod 541.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 125 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 125 an und zerlegen 125 in eine Summer von 2er-Potenzen:
125 = 64+32+16+8+4+1
1: 3401=340
2: 3402=3401+1=3401⋅3401 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 367 mod 541
4: 3404=3402+2=3402⋅3402 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 521 mod 541
8: 3408=3404+4=3404⋅3404 ≡ 521⋅521=271441 ≡ 400 mod 541
16: 34016=3408+8=3408⋅3408 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 405 mod 541
32: 34032=34016+16=34016⋅34016 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 102 mod 541
64: 34064=34032+32=34032⋅34032 ≡ 102⋅102=10404 ≡ 125 mod 541
340125
= 34064+32+16+8+4+1
= 34064⋅34032⋅34016⋅3408⋅3404⋅3401
≡ 125 ⋅ 102 ⋅ 405 ⋅ 400 ⋅ 521 ⋅ 340 mod 541
≡ 12750 ⋅ 405 ⋅ 400 ⋅ 521 ⋅ 340 mod 541 ≡ 307 ⋅ 405 ⋅ 400 ⋅ 521 ⋅ 340 mod 541
≡ 124335 ⋅ 400 ⋅ 521 ⋅ 340 mod 541 ≡ 446 ⋅ 400 ⋅ 521 ⋅ 340 mod 541
≡ 178400 ⋅ 521 ⋅ 340 mod 541 ≡ 411 ⋅ 521 ⋅ 340 mod 541
≡ 214131 ⋅ 340 mod 541 ≡ 436 ⋅ 340 mod 541
≡ 148240 mod 541 ≡ 6 mod 541
Es gilt also: 340125 ≡ 6 mod 541
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 22.
Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 22
| =>71 | = 3⋅22 + 5 |
| =>22 | = 4⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,22)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 22-4⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(22 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅22 +8⋅ 5) = -2⋅22 +9⋅ 5 (=1) |
| 5= 71-3⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅22 +9⋅(71 -3⋅ 22)
= -2⋅22 +9⋅71 -27⋅ 22) = 9⋅71 -29⋅ 22 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,22)=1 = 9⋅71 -29⋅22
oder wenn man 9⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅71 = -29⋅22
-29⋅22 = -9⋅71 + 1 |+71⋅22
-29⋅22 + 71⋅22 = -9⋅71 + 71⋅22 + 1
(-29 + 71) ⋅ 22 = (-9 + 22) ⋅ 71 + 1
42⋅22 = 13⋅71 + 1
Es gilt also: 42⋅22 = 13⋅71 +1
Somit 42⋅22 = 1 mod 71
42 ist also das Inverse von 22 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
