Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (60 - 15003) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(60 - 15003) mod 3 ≡ (60 mod 3 - 15003 mod 3) mod 3.
60 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60
= 60
15003 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15003
= 15000
Somit gilt:
(60 - 15003) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (31 ⋅ 64) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(31 ⋅ 64) mod 4 ≡ (31 mod 4 ⋅ 64 mod 4) mod 4.
31 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 28 + 3 = 7 ⋅ 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:
(31 ⋅ 64) mod 4 ≡ (3 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 44016 mod 457.
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. 440 -> x
2. mod(x²,457) -> 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: 4401=440
2: 4402=4401+1=4401⋅4401 ≡ 440⋅440=193600 ≡ 289 mod 457
4: 4404=4402+2=4402⋅4402 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 347 mod 457
8: 4408=4404+4=4404⋅4404 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 218 mod 457
16: 44016=4408+8=4408⋅4408 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 453 mod 457
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 448221 mod 463.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 221 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 221 an und zerlegen 221 in eine Summer von 2er-Potenzen:
221 = 128+64+16+8+4+1
1: 4481=448
2: 4482=4481+1=4481⋅4481 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 225 mod 463
4: 4484=4482+2=4482⋅4482 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 158 mod 463
8: 4488=4484+4=4484⋅4484 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 425 mod 463
16: 44816=4488+8=4488⋅4488 ≡ 425⋅425=180625 ≡ 55 mod 463
32: 44832=44816+16=44816⋅44816 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 247 mod 463
64: 44864=44832+32=44832⋅44832 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 356 mod 463
128: 448128=44864+64=44864⋅44864 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 337 mod 463
448221
= 448128+64+16+8+4+1
= 448128⋅44864⋅44816⋅4488⋅4484⋅4481
≡ 337 ⋅ 356 ⋅ 55 ⋅ 425 ⋅ 158 ⋅ 448 mod 463
≡ 119972 ⋅ 55 ⋅ 425 ⋅ 158 ⋅ 448 mod 463 ≡ 55 ⋅ 55 ⋅ 425 ⋅ 158 ⋅ 448 mod 463
≡ 3025 ⋅ 425 ⋅ 158 ⋅ 448 mod 463 ≡ 247 ⋅ 425 ⋅ 158 ⋅ 448 mod 463
≡ 104975 ⋅ 158 ⋅ 448 mod 463 ≡ 337 ⋅ 158 ⋅ 448 mod 463
≡ 53246 ⋅ 448 mod 463 ≡ 1 ⋅ 448 mod 463
≡ 448 mod 463
Es gilt also: 448221 ≡ 448 mod 463
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 51.
Also bestimme x, so dass 51 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 51
| =>89 | = 1⋅51 + 38 |
| =>51 | = 1⋅38 + 13 |
| =>38 | = 2⋅13 + 12 |
| =>13 | = 1⋅12 + 1 |
| =>12 | = 12⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,51)=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= 13-1⋅12 | |||
| 12= 38-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -1⋅(38 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -1⋅38 +2⋅ 13) = -1⋅38 +3⋅ 13 (=1) |
| 13= 51-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅38 +3⋅(51 -1⋅ 38)
= -1⋅38 +3⋅51 -3⋅ 38) = 3⋅51 -4⋅ 38 (=1) |
| 38= 89-1⋅51 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅51 -4⋅(89 -1⋅ 51)
= 3⋅51 -4⋅89 +4⋅ 51) = -4⋅89 +7⋅ 51 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,51)=1 = -4⋅89 +7⋅51
oder wenn man -4⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +4⋅89 = +7⋅51
Es gilt also: 7⋅51 = 4⋅89 +1
Somit 7⋅51 = 1 mod 89
7 ist also das Inverse von 51 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
