Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2001 + 497) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2001 + 497) mod 5 ≡ (2001 mod 5 + 497 mod 5) mod 5.
2001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2001
= 2000
497 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 497
= 400
Somit gilt:
(2001 + 497) mod 5 ≡ (1 + 2) mod 5 ≡ 3 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 54) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(30 ⋅ 54) mod 11 ≡ (30 mod 11 ⋅ 54 mod 11) mod 11.
30 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 22 + 8 = 2 ⋅ 11 + 8 ist.
54 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 44 + 10 = 4 ⋅ 11 + 10 ist.
Somit gilt:
(30 ⋅ 54) mod 11 ≡ (8 ⋅ 10) mod 11 ≡ 80 mod 11 ≡ 3 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 41964 mod 859.
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. 419 -> x
2. mod(x²,859) -> 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: 4191=419
2: 4192=4191+1=4191⋅4191 ≡ 419⋅419=175561 ≡ 325 mod 859
4: 4194=4192+2=4192⋅4192 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 827 mod 859
8: 4198=4194+4=4194⋅4194 ≡ 827⋅827=683929 ≡ 165 mod 859
16: 41916=4198+8=4198⋅4198 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 596 mod 859
32: 41932=41916+16=41916⋅41916 ≡ 596⋅596=355216 ≡ 449 mod 859
64: 41964=41932+32=41932⋅41932 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 595 mod 859
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 549251 mod 883.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 251 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 251 an und zerlegen 251 in eine Summer von 2er-Potenzen:
251 = 128+64+32+16+8+2+1
1: 5491=549
2: 5492=5491+1=5491⋅5491 ≡ 549⋅549=301401 ≡ 298 mod 883
4: 5494=5492+2=5492⋅5492 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 504 mod 883
8: 5498=5494+4=5494⋅5494 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 595 mod 883
16: 54916=5498+8=5498⋅5498 ≡ 595⋅595=354025 ≡ 825 mod 883
32: 54932=54916+16=54916⋅54916 ≡ 825⋅825=680625 ≡ 715 mod 883
64: 54964=54932+32=54932⋅54932 ≡ 715⋅715=511225 ≡ 851 mod 883
128: 549128=54964+64=54964⋅54964 ≡ 851⋅851=724201 ≡ 141 mod 883
549251
= 549128+64+32+16+8+2+1
= 549128⋅54964⋅54932⋅54916⋅5498⋅5492⋅5491
≡ 141 ⋅ 851 ⋅ 715 ⋅ 825 ⋅ 595 ⋅ 298 ⋅ 549 mod 883
≡ 119991 ⋅ 715 ⋅ 825 ⋅ 595 ⋅ 298 ⋅ 549 mod 883 ≡ 786 ⋅ 715 ⋅ 825 ⋅ 595 ⋅ 298 ⋅ 549 mod 883
≡ 561990 ⋅ 825 ⋅ 595 ⋅ 298 ⋅ 549 mod 883 ≡ 402 ⋅ 825 ⋅ 595 ⋅ 298 ⋅ 549 mod 883
≡ 331650 ⋅ 595 ⋅ 298 ⋅ 549 mod 883 ≡ 525 ⋅ 595 ⋅ 298 ⋅ 549 mod 883
≡ 312375 ⋅ 298 ⋅ 549 mod 883 ≡ 676 ⋅ 298 ⋅ 549 mod 883
≡ 201448 ⋅ 549 mod 883 ≡ 124 ⋅ 549 mod 883
≡ 68076 mod 883 ≡ 85 mod 883
Es gilt also: 549251 ≡ 85 mod 883
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 55.
Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 55
| =>71 | = 1⋅55 + 16 |
| =>55 | = 3⋅16 + 7 |
| =>16 | = 2⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,55)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 16-2⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(16 -2⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅16 +6⋅ 7) = -3⋅16 +7⋅ 7 (=1) |
| 7= 55-3⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅16 +7⋅(55 -3⋅ 16)
= -3⋅16 +7⋅55 -21⋅ 16) = 7⋅55 -24⋅ 16 (=1) |
| 16= 71-1⋅55 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅55 -24⋅(71 -1⋅ 55)
= 7⋅55 -24⋅71 +24⋅ 55) = -24⋅71 +31⋅ 55 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,55)=1 = -24⋅71 +31⋅55
oder wenn man -24⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 +24⋅71 = +31⋅55
Es gilt also: 31⋅55 = 24⋅71 +1
Somit 31⋅55 = 1 mod 71
31 ist also das Inverse von 55 mod 71
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.
