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: (119 + 6003) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(119 + 6003) mod 3 ≡ (119 mod 3 + 6003 mod 3) mod 3.
119 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 119
= 120
6003 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6003
= 6000
Somit gilt:
(119 + 6003) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 70) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(30 ⋅ 70) mod 7 ≡ (30 mod 7 ⋅ 70 mod 7) mod 7.
30 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 28 + 2 = 4 ⋅ 7 + 2 ist.
70 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 10 ⋅ 7 + 0 ist.
Somit gilt:
(30 ⋅ 70) mod 7 ≡ (2 ⋅ 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 10432 mod 281.
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. 104 -> x
2. mod(x²,281) -> 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: 1041=104
2: 1042=1041+1=1041⋅1041 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 138 mod 281
4: 1044=1042+2=1042⋅1042 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 217 mod 281
8: 1048=1044+4=1044⋅1044 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 162 mod 281
16: 10416=1048+8=1048⋅1048 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 111 mod 281
32: 10432=10416+16=10416⋅10416 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 238 mod 281
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 9394 mod 277.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 94 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 94 an und zerlegen 94 in eine Summer von 2er-Potenzen:
94 = 64+16+8+4+2
1: 931=93
2: 932=931+1=931⋅931 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 62 mod 277
4: 934=932+2=932⋅932 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 243 mod 277
8: 938=934+4=934⋅934 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 48 mod 277
16: 9316=938+8=938⋅938 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 88 mod 277
32: 9332=9316+16=9316⋅9316 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 265 mod 277
64: 9364=9332+32=9332⋅9332 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 144 mod 277
9394
= 9364+16+8+4+2
= 9364⋅9316⋅938⋅934⋅932
≡ 144 ⋅ 88 ⋅ 48 ⋅ 243 ⋅ 62 mod 277
≡ 12672 ⋅ 48 ⋅ 243 ⋅ 62 mod 277 ≡ 207 ⋅ 48 ⋅ 243 ⋅ 62 mod 277
≡ 9936 ⋅ 243 ⋅ 62 mod 277 ≡ 241 ⋅ 243 ⋅ 62 mod 277
≡ 58563 ⋅ 62 mod 277 ≡ 116 ⋅ 62 mod 277
≡ 7192 mod 277 ≡ 267 mod 277
Es gilt also: 9394 ≡ 267 mod 277
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 52.
Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 52
| =>83 | = 1⋅52 + 31 |
| =>52 | = 1⋅31 + 21 |
| =>31 | = 1⋅21 + 10 |
| =>21 | = 2⋅10 + 1 |
| =>10 | = 10⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,52)=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= 21-2⋅10 | |||
| 10= 31-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -2⋅(31 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -2⋅31 +2⋅ 21) = -2⋅31 +3⋅ 21 (=1) |
| 21= 52-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅31 +3⋅(52 -1⋅ 31)
= -2⋅31 +3⋅52 -3⋅ 31) = 3⋅52 -5⋅ 31 (=1) |
| 31= 83-1⋅52 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅52 -5⋅(83 -1⋅ 52)
= 3⋅52 -5⋅83 +5⋅ 52) = -5⋅83 +8⋅ 52 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,52)=1 = -5⋅83 +8⋅52
oder wenn man -5⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅83 = +8⋅52
Es gilt also: 8⋅52 = 5⋅83 +1
Somit 8⋅52 = 1 mod 83
8 ist also das Inverse von 52 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
