Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (20000 + 164) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20000 + 164) mod 4 ≡ (20000 mod 4 + 164 mod 4) mod 4.
20000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20000
= 20000
164 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 164
= 160
Somit gilt:
(20000 + 164) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (39 ⋅ 33) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(39 ⋅ 33) mod 6 ≡ (39 mod 6 ⋅ 33 mod 6) mod 6.
39 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 36 + 3 = 6 ⋅ 6 + 3 ist.
33 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 30 + 3 = 5 ⋅ 6 + 3 ist.
Somit gilt:
(39 ⋅ 33) mod 6 ≡ (3 ⋅ 3) mod 6 ≡ 9 mod 6 ≡ 3 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 29932 mod 383.
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. 299 -> x
2. mod(x²,383) -> 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: 2991=299
2: 2992=2991+1=2991⋅2991 ≡ 299⋅299=89401 ≡ 162 mod 383
4: 2994=2992+2=2992⋅2992 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 200 mod 383
8: 2998=2994+4=2994⋅2994 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 168 mod 383
16: 29916=2998+8=2998⋅2998 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 265 mod 383
32: 29932=29916+16=29916⋅29916 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 136 mod 383
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 515189 mod 617.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 189 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 189 an und zerlegen 189 in eine Summer von 2er-Potenzen:
189 = 128+32+16+8+4+1
1: 5151=515
2: 5152=5151+1=5151⋅5151 ≡ 515⋅515=265225 ≡ 532 mod 617
4: 5154=5152+2=5152⋅5152 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 438 mod 617
8: 5158=5154+4=5154⋅5154 ≡ 438⋅438=191844 ≡ 574 mod 617
16: 51516=5158+8=5158⋅5158 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 615 mod 617
32: 51532=51516+16=51516⋅51516 ≡ 615⋅615=378225 ≡ 4 mod 617
64: 51564=51532+32=51532⋅51532 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 617
128: 515128=51564+64=51564⋅51564 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 617
515189
= 515128+32+16+8+4+1
= 515128⋅51532⋅51516⋅5158⋅5154⋅5151
≡ 256 ⋅ 4 ⋅ 615 ⋅ 574 ⋅ 438 ⋅ 515 mod 617
≡ 1024 ⋅ 615 ⋅ 574 ⋅ 438 ⋅ 515 mod 617 ≡ 407 ⋅ 615 ⋅ 574 ⋅ 438 ⋅ 515 mod 617
≡ 250305 ⋅ 574 ⋅ 438 ⋅ 515 mod 617 ≡ 420 ⋅ 574 ⋅ 438 ⋅ 515 mod 617
≡ 241080 ⋅ 438 ⋅ 515 mod 617 ≡ 450 ⋅ 438 ⋅ 515 mod 617
≡ 197100 ⋅ 515 mod 617 ≡ 277 ⋅ 515 mod 617
≡ 142655 mod 617 ≡ 128 mod 617
Es gilt also: 515189 ≡ 128 mod 617
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 45
| =>61 | = 1⋅45 + 16 |
| =>45 | = 2⋅16 + 13 |
| =>16 | = 1⋅13 + 3 |
| =>13 | = 4⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,45)=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= 13-4⋅3 | |||
| 3= 16-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -4⋅(16 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅16 +4⋅ 13) = -4⋅16 +5⋅ 13 (=1) |
| 13= 45-2⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅16 +5⋅(45 -2⋅ 16)
= -4⋅16 +5⋅45 -10⋅ 16) = 5⋅45 -14⋅ 16 (=1) |
| 16= 61-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅45 -14⋅(61 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -14⋅61 +14⋅ 45) = -14⋅61 +19⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,45)=1 = -14⋅61 +19⋅45
oder wenn man -14⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +14⋅61 = +19⋅45
Es gilt also: 19⋅45 = 14⋅61 +1
Somit 19⋅45 = 1 mod 61
19 ist also das Inverse von 45 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
