Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (12000 - 241) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(12000 - 241) mod 6 ≡ (12000 mod 6 - 241 mod 6) mod 6.
12000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000
= 12000
241 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 241
= 240
Somit gilt:
(12000 - 241) mod 6 ≡ (0 - 1) mod 6 ≡ -1 mod 6 ≡ 5 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 82) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(68 ⋅ 82) mod 11 ≡ (68 mod 11 ⋅ 82 mod 11) mod 11.
68 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 66 + 2 = 6 ⋅ 11 + 2 ist.
82 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 77 + 5 = 7 ⋅ 11 + 5 ist.
Somit gilt:
(68 ⋅ 82) mod 11 ≡ (2 ⋅ 5) mod 11 ≡ 10 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 28164 mod 373.
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. 281 -> x
2. mod(x²,373) -> 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: 2811=281
2: 2812=2811+1=2811⋅2811 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 258 mod 373
4: 2814=2812+2=2812⋅2812 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 170 mod 373
8: 2818=2814+4=2814⋅2814 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 179 mod 373
16: 28116=2818+8=2818⋅2818 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 336 mod 373
32: 28132=28116+16=28116⋅28116 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 250 mod 373
64: 28164=28132+32=28132⋅28132 ≡ 250⋅250=62500 ≡ 209 mod 373
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 347227 mod 419.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 227 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 227 an und zerlegen 227 in eine Summer von 2er-Potenzen:
227 = 128+64+32+2+1
1: 3471=347
2: 3472=3471+1=3471⋅3471 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 156 mod 419
4: 3474=3472+2=3472⋅3472 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 34 mod 419
8: 3478=3474+4=3474⋅3474 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 318 mod 419
16: 34716=3478+8=3478⋅3478 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 145 mod 419
32: 34732=34716+16=34716⋅34716 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 75 mod 419
64: 34764=34732+32=34732⋅34732 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 178 mod 419
128: 347128=34764+64=34764⋅34764 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 259 mod 419
347227
= 347128+64+32+2+1
= 347128⋅34764⋅34732⋅3472⋅3471
≡ 259 ⋅ 178 ⋅ 75 ⋅ 156 ⋅ 347 mod 419
≡ 46102 ⋅ 75 ⋅ 156 ⋅ 347 mod 419 ≡ 12 ⋅ 75 ⋅ 156 ⋅ 347 mod 419
≡ 900 ⋅ 156 ⋅ 347 mod 419 ≡ 62 ⋅ 156 ⋅ 347 mod 419
≡ 9672 ⋅ 347 mod 419 ≡ 35 ⋅ 347 mod 419
≡ 12145 mod 419 ≡ 413 mod 419
Es gilt also: 347227 ≡ 413 mod 419
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 32.
Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 32
| =>67 | = 2⋅32 + 3 |
| =>32 | = 10⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,32)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 32-10⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(32 -10⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅32 +10⋅ 3) = -1⋅32 +11⋅ 3 (=1) |
| 3= 67-2⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅32 +11⋅(67 -2⋅ 32)
= -1⋅32 +11⋅67 -22⋅ 32) = 11⋅67 -23⋅ 32 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,32)=1 = 11⋅67 -23⋅32
oder wenn man 11⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅67 = -23⋅32
-23⋅32 = -11⋅67 + 1 |+67⋅32
-23⋅32 + 67⋅32 = -11⋅67 + 67⋅32 + 1
(-23 + 67) ⋅ 32 = (-11 + 32) ⋅ 67 + 1
44⋅32 = 21⋅67 + 1
Es gilt also: 44⋅32 = 21⋅67 +1
Somit 44⋅32 = 1 mod 67
44 ist also das Inverse von 32 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
