Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3000 + 57) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3000 + 57) mod 3 ≡ (3000 mod 3 + 57 mod 3) mod 3.
3000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000
= 3000
57 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57
= 60
Somit gilt:
(3000 + 57) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 55) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(54 ⋅ 55) mod 4 ≡ (54 mod 4 ⋅ 55 mod 4) mod 4.
54 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 52 + 2 = 13 ⋅ 4 + 2 ist.
55 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 52 + 3 = 13 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(54 ⋅ 55) mod 4 ≡ (2 ⋅ 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 65132 mod 827.
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. 651 -> x
2. mod(x²,827) -> 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: 6511=651
2: 6512=6511+1=6511⋅6511 ≡ 651⋅651=423801 ≡ 377 mod 827
4: 6514=6512+2=6512⋅6512 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 712 mod 827
8: 6518=6514+4=6514⋅6514 ≡ 712⋅712=506944 ≡ 820 mod 827
16: 65116=6518+8=6518⋅6518 ≡ 820⋅820=672400 ≡ 49 mod 827
32: 65132=65116+16=65116⋅65116 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 747 mod 827
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 291124 mod 727.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 124 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 124 an und zerlegen 124 in eine Summer von 2er-Potenzen:
124 = 64+32+16+8+4
1: 2911=291
2: 2912=2911+1=2911⋅2911 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 349 mod 727
4: 2914=2912+2=2912⋅2912 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 392 mod 727
8: 2918=2914+4=2914⋅2914 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 267 mod 727
16: 29116=2918+8=2918⋅2918 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 43 mod 727
32: 29132=29116+16=29116⋅29116 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 395 mod 727
64: 29164=29132+32=29132⋅29132 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 447 mod 727
291124
= 29164+32+16+8+4
= 29164⋅29132⋅29116⋅2918⋅2914
≡ 447 ⋅ 395 ⋅ 43 ⋅ 267 ⋅ 392 mod 727
≡ 176565 ⋅ 43 ⋅ 267 ⋅ 392 mod 727 ≡ 631 ⋅ 43 ⋅ 267 ⋅ 392 mod 727
≡ 27133 ⋅ 267 ⋅ 392 mod 727 ≡ 234 ⋅ 267 ⋅ 392 mod 727
≡ 62478 ⋅ 392 mod 727 ≡ 683 ⋅ 392 mod 727
≡ 267736 mod 727 ≡ 200 mod 727
Es gilt also: 291124 ≡ 200 mod 727
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 55.
Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 55
| =>101 | = 1⋅55 + 46 |
| =>55 | = 1⋅46 + 9 |
| =>46 | = 5⋅9 + 1 |
| =>9 | = 9⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,55)=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= 46-5⋅9 | |||
| 9= 55-1⋅46 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅46 -5⋅(55 -1⋅ 46)
= 1⋅46 -5⋅55 +5⋅ 46) = -5⋅55 +6⋅ 46 (=1) |
| 46= 101-1⋅55 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅55 +6⋅(101 -1⋅ 55)
= -5⋅55 +6⋅101 -6⋅ 55) = 6⋅101 -11⋅ 55 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,55)=1 = 6⋅101 -11⋅55
oder wenn man 6⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -6⋅101 = -11⋅55
-11⋅55 = -6⋅101 + 1 |+101⋅55
-11⋅55 + 101⋅55 = -6⋅101 + 101⋅55 + 1
(-11 + 101) ⋅ 55 = (-6 + 55) ⋅ 101 + 1
90⋅55 = 49⋅101 + 1
Es gilt also: 90⋅55 = 49⋅101 +1
Somit 90⋅55 = 1 mod 101
90 ist also das Inverse von 55 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
