Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (8000 - 1200) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(8000 - 1200) mod 4 ≡ (8000 mod 4 - 1200 mod 4) mod 4.
8000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8000
= 8000
1200 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200
= 1200
Somit gilt:
(8000 - 1200) mod 4 ≡ (0 - 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 38) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(63 ⋅ 38) mod 9 ≡ (63 mod 9 ⋅ 38 mod 9) mod 9.
63 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 63 + 0 = 7 ⋅ 9 + 0 ist.
38 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 4 ⋅ 9 + 2 ist.
Somit gilt:
(63 ⋅ 38) mod 9 ≡ (0 ⋅ 2) mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 496128 mod 751.
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. 496 -> x
2. mod(x²,751) -> 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: 4961=496
2: 4962=4961+1=4961⋅4961 ≡ 496⋅496=246016 ≡ 439 mod 751
4: 4964=4962+2=4962⋅4962 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 465 mod 751
8: 4968=4964+4=4964⋅4964 ≡ 465⋅465=216225 ≡ 688 mod 751
16: 49616=4968+8=4968⋅4968 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 214 mod 751
32: 49632=49616+16=49616⋅49616 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 736 mod 751
64: 49664=49632+32=49632⋅49632 ≡ 736⋅736=541696 ≡ 225 mod 751
128: 496128=49664+64=49664⋅49664 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 308 mod 751
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 304218 mod 613.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 218 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 218 an und zerlegen 218 in eine Summer von 2er-Potenzen:
218 = 128+64+16+8+2
1: 3041=304
2: 3042=3041+1=3041⋅3041 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 466 mod 613
4: 3044=3042+2=3042⋅3042 ≡ 466⋅466=217156 ≡ 154 mod 613
8: 3048=3044+4=3044⋅3044 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 422 mod 613
16: 30416=3048+8=3048⋅3048 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 314 mod 613
32: 30432=30416+16=30416⋅30416 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 516 mod 613
64: 30464=30432+32=30432⋅30432 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 214 mod 613
128: 304128=30464+64=30464⋅30464 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 434 mod 613
304218
= 304128+64+16+8+2
= 304128⋅30464⋅30416⋅3048⋅3042
≡ 434 ⋅ 214 ⋅ 314 ⋅ 422 ⋅ 466 mod 613
≡ 92876 ⋅ 314 ⋅ 422 ⋅ 466 mod 613 ≡ 313 ⋅ 314 ⋅ 422 ⋅ 466 mod 613
≡ 98282 ⋅ 422 ⋅ 466 mod 613 ≡ 202 ⋅ 422 ⋅ 466 mod 613
≡ 85244 ⋅ 466 mod 613 ≡ 37 ⋅ 466 mod 613
≡ 17242 mod 613 ≡ 78 mod 613
Es gilt also: 304218 ≡ 78 mod 613
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 45
| =>61 | = 1⋅45 + 16 |
| =>45 | = 2⋅16 + 13 |
| =>16 | = 1⋅13 + 3 |
| =>13 | = 4⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,45)=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= 13-4⋅3 | |||
| 3= 16-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -4⋅(16 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅16 +4⋅ 13) = -4⋅16 +5⋅ 13 (=1) |
| 13= 45-2⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅16 +5⋅(45 -2⋅ 16)
= -4⋅16 +5⋅45 -10⋅ 16) = 5⋅45 -14⋅ 16 (=1) |
| 16= 61-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅45 -14⋅(61 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -14⋅61 +14⋅ 45) = -14⋅61 +19⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,45)=1 = -14⋅61 +19⋅45
oder wenn man -14⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +14⋅61 = +19⋅45
Es gilt also: 19⋅45 = 14⋅61 +1
Somit 19⋅45 = 1 mod 61
19 ist also das Inverse von 45 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
