Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (35992 + 45001) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(35992 + 45001) mod 9 ≡ (35992 mod 9 + 45001 mod 9) mod 9.
35992 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35992
= 36000
45001 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45001
= 45000
Somit gilt:
(35992 + 45001) mod 9 ≡ (1 + 1) mod 9 ≡ 2 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (90 ⋅ 46) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(90 ⋅ 46) mod 5 ≡ (90 mod 5 ⋅ 46 mod 5) mod 5.
90 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 90 + 0 = 18 ⋅ 5 + 0 ist.
46 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 9 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(90 ⋅ 46) mod 5 ≡ (0 ⋅ 1) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 539128 mod 829.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 539 -> x
2. mod(x²,829) -> 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: 5391=539
2: 5392=5391+1=5391⋅5391 ≡ 539⋅539=290521 ≡ 371 mod 829
4: 5394=5392+2=5392⋅5392 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 27 mod 829
8: 5398=5394+4=5394⋅5394 ≡ 27⋅27=729 ≡ 729 mod 829
16: 53916=5398+8=5398⋅5398 ≡ 729⋅729=531441 ≡ 52 mod 829
32: 53932=53916+16=53916⋅53916 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 217 mod 829
64: 53964=53932+32=53932⋅53932 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 665 mod 829
128: 539128=53964+64=53964⋅53964 ≡ 665⋅665=442225 ≡ 368 mod 829
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 120219 mod 233.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 219 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 219 an und zerlegen 219 in eine Summer von 2er-Potenzen:
219 = 128+64+16+8+2+1
1: 1201=120
2: 1202=1201+1=1201⋅1201 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 187 mod 233
4: 1204=1202+2=1202⋅1202 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 19 mod 233
8: 1208=1204+4=1204⋅1204 ≡ 19⋅19=361 ≡ 128 mod 233
16: 12016=1208+8=1208⋅1208 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 74 mod 233
32: 12032=12016+16=12016⋅12016 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 117 mod 233
64: 12064=12032+32=12032⋅12032 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 175 mod 233
128: 120128=12064+64=12064⋅12064 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 102 mod 233
120219
= 120128+64+16+8+2+1
= 120128⋅12064⋅12016⋅1208⋅1202⋅1201
≡ 102 ⋅ 175 ⋅ 74 ⋅ 128 ⋅ 187 ⋅ 120 mod 233
≡ 17850 ⋅ 74 ⋅ 128 ⋅ 187 ⋅ 120 mod 233 ≡ 142 ⋅ 74 ⋅ 128 ⋅ 187 ⋅ 120 mod 233
≡ 10508 ⋅ 128 ⋅ 187 ⋅ 120 mod 233 ≡ 23 ⋅ 128 ⋅ 187 ⋅ 120 mod 233
≡ 2944 ⋅ 187 ⋅ 120 mod 233 ≡ 148 ⋅ 187 ⋅ 120 mod 233
≡ 27676 ⋅ 120 mod 233 ≡ 182 ⋅ 120 mod 233
≡ 21840 mod 233 ≡ 171 mod 233
Es gilt also: 120219 ≡ 171 mod 233
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 50.
Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 50
| =>53 | = 1⋅50 + 3 |
| =>50 | = 16⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,50)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 50-16⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(50 -16⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅50 +16⋅ 3) = -1⋅50 +17⋅ 3 (=1) |
| 3= 53-1⋅50 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅50 +17⋅(53 -1⋅ 50)
= -1⋅50 +17⋅53 -17⋅ 50) = 17⋅53 -18⋅ 50 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,50)=1 = 17⋅53 -18⋅50
oder wenn man 17⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -17⋅53 = -18⋅50
-18⋅50 = -17⋅53 + 1 |+53⋅50
-18⋅50 + 53⋅50 = -17⋅53 + 53⋅50 + 1
(-18 + 53) ⋅ 50 = (-17 + 50) ⋅ 53 + 1
35⋅50 = 33⋅53 + 1
Es gilt also: 35⋅50 = 33⋅53 +1
Somit 35⋅50 = 1 mod 53
35 ist also das Inverse von 50 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
