Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15003 - 203) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15003 - 203) mod 5 ≡ (15003 mod 5 - 203 mod 5) mod 5.
15003 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15003
= 15000
203 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 203
= 200
Somit gilt:
(15003 - 203) mod 5 ≡ (3 - 3) mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (66 ⋅ 23) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(66 ⋅ 23) mod 4 ≡ (66 mod 4 ⋅ 23 mod 4) mod 4.
66 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 64 + 2 = 16 ⋅ 4 + 2 ist.
23 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 20 + 3 = 5 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(66 ⋅ 23) mod 4 ≡ (2 ⋅ 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 32664 mod 439.
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. 326 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 3261=326
2: 3262=3261+1=3261⋅3261 ≡ 326⋅326=106276 ≡ 38 mod 439
4: 3264=3262+2=3262⋅3262 ≡ 38⋅38=1444 ≡ 127 mod 439
8: 3268=3264+4=3264⋅3264 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 325 mod 439
16: 32616=3268+8=3268⋅3268 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 265 mod 439
32: 32632=32616+16=32616⋅32616 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 424 mod 439
64: 32664=32632+32=32632⋅32632 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 225 mod 439
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 31778 mod 421.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 78 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 78 an und zerlegen 78 in eine Summer von 2er-Potenzen:
78 = 64+8+4+2
1: 3171=317
2: 3172=3171+1=3171⋅3171 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 291 mod 421
4: 3174=3172+2=3172⋅3172 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 60 mod 421
8: 3178=3174+4=3174⋅3174 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 232 mod 421
16: 31716=3178+8=3178⋅3178 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 357 mod 421
32: 31732=31716+16=31716⋅31716 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 307 mod 421
64: 31764=31732+32=31732⋅31732 ≡ 307⋅307=94249 ≡ 366 mod 421
31778
= 31764+8+4+2
= 31764⋅3178⋅3174⋅3172
≡ 366 ⋅ 232 ⋅ 60 ⋅ 291 mod 421
≡ 84912 ⋅ 60 ⋅ 291 mod 421 ≡ 291 ⋅ 60 ⋅ 291 mod 421
≡ 17460 ⋅ 291 mod 421 ≡ 199 ⋅ 291 mod 421
≡ 57909 mod 421 ≡ 232 mod 421
Es gilt also: 31778 ≡ 232 mod 421
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 47
| =>79 | = 1⋅47 + 32 |
| =>47 | = 1⋅32 + 15 |
| =>32 | = 2⋅15 + 2 |
| =>15 | = 7⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,47)=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= 15-7⋅2 | |||
| 2= 32-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -7⋅(32 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -7⋅32 +14⋅ 15) = -7⋅32 +15⋅ 15 (=1) |
| 15= 47-1⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -7⋅32 +15⋅(47 -1⋅ 32)
= -7⋅32 +15⋅47 -15⋅ 32) = 15⋅47 -22⋅ 32 (=1) |
| 32= 79-1⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 15⋅47 -22⋅(79 -1⋅ 47)
= 15⋅47 -22⋅79 +22⋅ 47) = -22⋅79 +37⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,47)=1 = -22⋅79 +37⋅47
oder wenn man -22⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +22⋅79 = +37⋅47
Es gilt also: 37⋅47 = 22⋅79 +1
Somit 37⋅47 = 1 mod 79
37 ist also das Inverse von 47 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
