Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1600 + 201) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1600 + 201) mod 4 ≡ (1600 mod 4 + 201 mod 4) mod 4.
1600 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1600
= 1600
201 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 201
= 200
Somit gilt:
(1600 + 201) mod 4 ≡ (0 + 1) mod 4 ≡ 1 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (35 ⋅ 64) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(35 ⋅ 64) mod 4 ≡ (35 mod 4 ⋅ 64 mod 4) mod 4.
35 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 32 + 3 = 8 ⋅ 4 + 3 ist.
64 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 64 + 0 = 16 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(35 ⋅ 64) mod 4 ≡ (3 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 26716 mod 293.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 267 -> x
2. mod(x²,293) -> 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: 2671=267
2: 2672=2671+1=2671⋅2671 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 90 mod 293
4: 2674=2672+2=2672⋅2672 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 189 mod 293
8: 2678=2674+4=2674⋅2674 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 268 mod 293
16: 26716=2678+8=2678⋅2678 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 39 mod 293
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 456254 mod 499.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 254 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 254 an und zerlegen 254 in eine Summer von 2er-Potenzen:
254 = 128+64+32+16+8+4+2
1: 4561=456
2: 4562=4561+1=4561⋅4561 ≡ 456⋅456=207936 ≡ 352 mod 499
4: 4564=4562+2=4562⋅4562 ≡ 352⋅352=123904 ≡ 152 mod 499
8: 4568=4564+4=4564⋅4564 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 150 mod 499
16: 45616=4568+8=4568⋅4568 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 45 mod 499
32: 45632=45616+16=45616⋅45616 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 29 mod 499
64: 45664=45632+32=45632⋅45632 ≡ 29⋅29=841 ≡ 342 mod 499
128: 456128=45664+64=45664⋅45664 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 198 mod 499
456254
= 456128+64+32+16+8+4+2
= 456128⋅45664⋅45632⋅45616⋅4568⋅4564⋅4562
≡ 198 ⋅ 342 ⋅ 29 ⋅ 45 ⋅ 150 ⋅ 152 ⋅ 352 mod 499
≡ 67716 ⋅ 29 ⋅ 45 ⋅ 150 ⋅ 152 ⋅ 352 mod 499 ≡ 351 ⋅ 29 ⋅ 45 ⋅ 150 ⋅ 152 ⋅ 352 mod 499
≡ 10179 ⋅ 45 ⋅ 150 ⋅ 152 ⋅ 352 mod 499 ≡ 199 ⋅ 45 ⋅ 150 ⋅ 152 ⋅ 352 mod 499
≡ 8955 ⋅ 150 ⋅ 152 ⋅ 352 mod 499 ≡ 472 ⋅ 150 ⋅ 152 ⋅ 352 mod 499
≡ 70800 ⋅ 152 ⋅ 352 mod 499 ≡ 441 ⋅ 152 ⋅ 352 mod 499
≡ 67032 ⋅ 352 mod 499 ≡ 166 ⋅ 352 mod 499
≡ 58432 mod 499 ≡ 49 mod 499
Es gilt also: 456254 ≡ 49 mod 499
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 52.
Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 52
| =>59 | = 1⋅52 + 7 |
| =>52 | = 7⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,52)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 52-7⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(52 -7⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅52 +14⋅ 7) = -2⋅52 +15⋅ 7 (=1) |
| 7= 59-1⋅52 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅52 +15⋅(59 -1⋅ 52)
= -2⋅52 +15⋅59 -15⋅ 52) = 15⋅59 -17⋅ 52 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,52)=1 = 15⋅59 -17⋅52
oder wenn man 15⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -15⋅59 = -17⋅52
-17⋅52 = -15⋅59 + 1 |+59⋅52
-17⋅52 + 59⋅52 = -15⋅59 + 59⋅52 + 1
(-17 + 59) ⋅ 52 = (-15 + 52) ⋅ 59 + 1
42⋅52 = 37⋅59 + 1
Es gilt also: 42⋅52 = 37⋅59 +1
Somit 42⋅52 = 1 mod 59
42 ist also das Inverse von 52 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
