Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (8000 + 318) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(8000 + 318) mod 8 ≡ (8000 mod 8 + 318 mod 8) mod 8.
8000 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8000
= 8000
318 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 318
= 320
Somit gilt:
(8000 + 318) mod 8 ≡ (0 + 6) mod 8 ≡ 6 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (17 ⋅ 48) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17 ⋅ 48) mod 4 ≡ (17 mod 4 ⋅ 48 mod 4) mod 4.
17 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 16 + 1 = 4 ⋅ 4 + 1 ist.
48 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 48 + 0 = 12 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(17 ⋅ 48) mod 4 ≡ (1 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 53716 mod 997.
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. 537 -> x
2. mod(x²,997) -> 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: 5371=537
2: 5372=5371+1=5371⋅5371 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 236 mod 997
4: 5374=5372+2=5372⋅5372 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 861 mod 997
8: 5378=5374+4=5374⋅5374 ≡ 861⋅861=741321 ≡ 550 mod 997
16: 53716=5378+8=5378⋅5378 ≡ 550⋅550=302500 ≡ 409 mod 997
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 148254 mod 263.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 254 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 254 an und zerlegen 254 in eine Summer von 2er-Potenzen:
254 = 128+64+32+16+8+4+2
1: 1481=148
2: 1482=1481+1=1481⋅1481 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 75 mod 263
4: 1484=1482+2=1482⋅1482 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 102 mod 263
8: 1488=1484+4=1484⋅1484 ≡ 102⋅102=10404 ≡ 147 mod 263
16: 14816=1488+8=1488⋅1488 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 43 mod 263
32: 14832=14816+16=14816⋅14816 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 8 mod 263
64: 14864=14832+32=14832⋅14832 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 263
128: 148128=14864+64=14864⋅14864 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 151 mod 263
148254
= 148128+64+32+16+8+4+2
= 148128⋅14864⋅14832⋅14816⋅1488⋅1484⋅1482
≡ 151 ⋅ 64 ⋅ 8 ⋅ 43 ⋅ 147 ⋅ 102 ⋅ 75 mod 263
≡ 9664 ⋅ 8 ⋅ 43 ⋅ 147 ⋅ 102 ⋅ 75 mod 263 ≡ 196 ⋅ 8 ⋅ 43 ⋅ 147 ⋅ 102 ⋅ 75 mod 263
≡ 1568 ⋅ 43 ⋅ 147 ⋅ 102 ⋅ 75 mod 263 ≡ 253 ⋅ 43 ⋅ 147 ⋅ 102 ⋅ 75 mod 263
≡ 10879 ⋅ 147 ⋅ 102 ⋅ 75 mod 263 ≡ 96 ⋅ 147 ⋅ 102 ⋅ 75 mod 263
≡ 14112 ⋅ 102 ⋅ 75 mod 263 ≡ 173 ⋅ 102 ⋅ 75 mod 263
≡ 17646 ⋅ 75 mod 263 ≡ 25 ⋅ 75 mod 263
≡ 1875 mod 263 ≡ 34 mod 263
Es gilt also: 148254 ≡ 34 mod 263
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 32.
Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 32
| =>59 | = 1⋅32 + 27 |
| =>32 | = 1⋅27 + 5 |
| =>27 | = 5⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,32)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 27-5⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(27 -5⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅27 +10⋅ 5) = -2⋅27 +11⋅ 5 (=1) |
| 5= 32-1⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅27 +11⋅(32 -1⋅ 27)
= -2⋅27 +11⋅32 -11⋅ 27) = 11⋅32 -13⋅ 27 (=1) |
| 27= 59-1⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 11⋅32 -13⋅(59 -1⋅ 32)
= 11⋅32 -13⋅59 +13⋅ 32) = -13⋅59 +24⋅ 32 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,32)=1 = -13⋅59 +24⋅32
oder wenn man -13⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅59 = +24⋅32
Es gilt also: 24⋅32 = 13⋅59 +1
Somit 24⋅32 = 1 mod 59
24 ist also das Inverse von 32 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
