Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2996 - 1800) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2996 - 1800) mod 6 ≡ (2996 mod 6 - 1800 mod 6) mod 6.
2996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2996
= 3000
1800 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1800
= 1800
Somit gilt:
(2996 - 1800) mod 6 ≡ (2 - 0) mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 23) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15 ⋅ 23) mod 3 ≡ (15 mod 3 ⋅ 23 mod 3) mod 3.
15 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 15 + 0 = 5 ⋅ 3 + 0 ist.
23 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 21 + 2 = 7 ⋅ 3 + 2 ist.
Somit gilt:
(15 ⋅ 23) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 33264 mod 337.
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. 332 -> x
2. mod(x²,337) -> 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: 3321=332
2: 3322=3321+1=3321⋅3321 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 25 mod 337
4: 3324=3322+2=3322⋅3322 ≡ 25⋅25=625 ≡ 288 mod 337
8: 3328=3324+4=3324⋅3324 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 42 mod 337
16: 33216=3328+8=3328⋅3328 ≡ 42⋅42=1764 ≡ 79 mod 337
32: 33232=33216+16=33216⋅33216 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 175 mod 337
64: 33264=33232+32=33232⋅33232 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 295 mod 337
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 16187 mod 251.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 87 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 87 an und zerlegen 87 in eine Summer von 2er-Potenzen:
87 = 64+16+4+2+1
1: 1611=161
2: 1612=1611+1=1611⋅1611 ≡ 161⋅161=25921 ≡ 68 mod 251
4: 1614=1612+2=1612⋅1612 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 106 mod 251
8: 1618=1614+4=1614⋅1614 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 192 mod 251
16: 16116=1618+8=1618⋅1618 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 218 mod 251
32: 16132=16116+16=16116⋅16116 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 85 mod 251
64: 16164=16132+32=16132⋅16132 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 197 mod 251
16187
= 16164+16+4+2+1
= 16164⋅16116⋅1614⋅1612⋅1611
≡ 197 ⋅ 218 ⋅ 106 ⋅ 68 ⋅ 161 mod 251
≡ 42946 ⋅ 106 ⋅ 68 ⋅ 161 mod 251 ≡ 25 ⋅ 106 ⋅ 68 ⋅ 161 mod 251
≡ 2650 ⋅ 68 ⋅ 161 mod 251 ≡ 140 ⋅ 68 ⋅ 161 mod 251
≡ 9520 ⋅ 161 mod 251 ≡ 233 ⋅ 161 mod 251
≡ 37513 mod 251 ≡ 114 mod 251
Es gilt also: 16187 ≡ 114 mod 251
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 24.
Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 24
| =>59 | = 2⋅24 + 11 |
| =>24 | = 2⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,24)=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= 11-5⋅2 | |||
| 2= 24-2⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(24 -2⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅24 +10⋅ 11) = -5⋅24 +11⋅ 11 (=1) |
| 11= 59-2⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅24 +11⋅(59 -2⋅ 24)
= -5⋅24 +11⋅59 -22⋅ 24) = 11⋅59 -27⋅ 24 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,24)=1 = 11⋅59 -27⋅24
oder wenn man 11⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅59 = -27⋅24
-27⋅24 = -11⋅59 + 1 |+59⋅24
-27⋅24 + 59⋅24 = -11⋅59 + 59⋅24 + 1
(-27 + 59) ⋅ 24 = (-11 + 24) ⋅ 59 + 1
32⋅24 = 13⋅59 + 1
Es gilt also: 32⋅24 = 13⋅59 +1
Somit 32⋅24 = 1 mod 59
32 ist also das Inverse von 24 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
