Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (20000 + 1000) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20000 + 1000) mod 5 ≡ (20000 mod 5 + 1000 mod 5) mod 5.
20000 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20000
= 20000
1000 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1000
= 1000
Somit gilt:
(20000 + 1000) mod 5 ≡ (0 + 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (88 ⋅ 86) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(88 ⋅ 86) mod 7 ≡ (88 mod 7 ⋅ 86 mod 7) mod 7.
88 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 84 + 4 = 12 ⋅ 7 + 4 ist.
86 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 86 = 84 + 2 = 12 ⋅ 7 + 2 ist.
Somit gilt:
(88 ⋅ 86) mod 7 ≡ (4 ⋅ 2) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 47764 mod 797.
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. 477 -> x
2. mod(x²,797) -> 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: 4771=477
2: 4772=4771+1=4771⋅4771 ≡ 477⋅477=227529 ≡ 384 mod 797
4: 4774=4772+2=4772⋅4772 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 11 mod 797
8: 4778=4774+4=4774⋅4774 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 797
16: 47716=4778+8=4778⋅4778 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 295 mod 797
32: 47732=47716+16=47716⋅47716 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 152 mod 797
64: 47764=47732+32=47732⋅47732 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 788 mod 797
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 847229 mod 859.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 229 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 229 an und zerlegen 229 in eine Summer von 2er-Potenzen:
229 = 128+64+32+4+1
1: 8471=847
2: 8472=8471+1=8471⋅8471 ≡ 847⋅847=717409 ≡ 144 mod 859
4: 8474=8472+2=8472⋅8472 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 120 mod 859
8: 8478=8474+4=8474⋅8474 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 656 mod 859
16: 84716=8478+8=8478⋅8478 ≡ 656⋅656=430336 ≡ 836 mod 859
32: 84732=84716+16=84716⋅84716 ≡ 836⋅836=698896 ≡ 529 mod 859
64: 84764=84732+32=84732⋅84732 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 666 mod 859
128: 847128=84764+64=84764⋅84764 ≡ 666⋅666=443556 ≡ 312 mod 859
847229
= 847128+64+32+4+1
= 847128⋅84764⋅84732⋅8474⋅8471
≡ 312 ⋅ 666 ⋅ 529 ⋅ 120 ⋅ 847 mod 859
≡ 207792 ⋅ 529 ⋅ 120 ⋅ 847 mod 859 ≡ 773 ⋅ 529 ⋅ 120 ⋅ 847 mod 859
≡ 408917 ⋅ 120 ⋅ 847 mod 859 ≡ 33 ⋅ 120 ⋅ 847 mod 859
≡ 3960 ⋅ 847 mod 859 ≡ 524 ⋅ 847 mod 859
≡ 443828 mod 859 ≡ 584 mod 859
Es gilt also: 847229 ≡ 584 mod 859
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 21.
Also bestimme x, so dass 21 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 21
| =>53 | = 2⋅21 + 11 |
| =>21 | = 1⋅11 + 10 |
| =>11 | = 1⋅10 + 1 |
| =>10 | = 10⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,21)=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= 11-1⋅10 | |||
| 10= 21-1⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -1⋅(21 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -1⋅21 +1⋅ 11) = -1⋅21 +2⋅ 11 (=1) |
| 11= 53-2⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅21 +2⋅(53 -2⋅ 21)
= -1⋅21 +2⋅53 -4⋅ 21) = 2⋅53 -5⋅ 21 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,21)=1 = 2⋅53 -5⋅21
oder wenn man 2⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅53 = -5⋅21
-5⋅21 = -2⋅53 + 1 |+53⋅21
-5⋅21 + 53⋅21 = -2⋅53 + 53⋅21 + 1
(-5 + 53) ⋅ 21 = (-2 + 21) ⋅ 53 + 1
48⋅21 = 19⋅53 + 1
Es gilt also: 48⋅21 = 19⋅53 +1
Somit 48⋅21 = 1 mod 53
48 ist also das Inverse von 21 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
