Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (180 + 30000) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(180 + 30000) mod 6 ≡ (180 mod 6 + 30000 mod 6) mod 6.
180 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 180
= 180
30000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30000
= 30000
Somit gilt:
(180 + 30000) mod 6 ≡ (0 + 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (49 ⋅ 18) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(49 ⋅ 18) mod 3 ≡ (49 mod 3 ⋅ 18 mod 3) mod 3.
49 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 48 + 1 = 16 ⋅ 3 + 1 ist.
18 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 18 + 0 = 6 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(49 ⋅ 18) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 39132 mod 593.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 391 -> x
2. mod(x²,593) -> 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: 3911=391
2: 3912=3911+1=3911⋅3911 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 480 mod 593
4: 3914=3912+2=3912⋅3912 ≡ 480⋅480=230400 ≡ 316 mod 593
8: 3918=3914+4=3914⋅3914 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 232 mod 593
16: 39116=3918+8=3918⋅3918 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 454 mod 593
32: 39132=39116+16=39116⋅39116 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 345 mod 593
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 381221 mod 683.
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: 3811=381
2: 3812=3811+1=3811⋅3811 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 365 mod 683
4: 3814=3812+2=3812⋅3812 ≡ 365⋅365=133225 ≡ 40 mod 683
8: 3818=3814+4=3814⋅3814 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 234 mod 683
16: 38116=3818+8=3818⋅3818 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 116 mod 683
32: 38132=38116+16=38116⋅38116 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 479 mod 683
64: 38164=38132+32=38132⋅38132 ≡ 479⋅479=229441 ≡ 636 mod 683
128: 381128=38164+64=38164⋅38164 ≡ 636⋅636=404496 ≡ 160 mod 683
381221
= 381128+64+16+8+4+1
= 381128⋅38164⋅38116⋅3818⋅3814⋅3811
≡ 160 ⋅ 636 ⋅ 116 ⋅ 234 ⋅ 40 ⋅ 381 mod 683
≡ 101760 ⋅ 116 ⋅ 234 ⋅ 40 ⋅ 381 mod 683 ≡ 676 ⋅ 116 ⋅ 234 ⋅ 40 ⋅ 381 mod 683
≡ 78416 ⋅ 234 ⋅ 40 ⋅ 381 mod 683 ≡ 554 ⋅ 234 ⋅ 40 ⋅ 381 mod 683
≡ 129636 ⋅ 40 ⋅ 381 mod 683 ≡ 549 ⋅ 40 ⋅ 381 mod 683
≡ 21960 ⋅ 381 mod 683 ≡ 104 ⋅ 381 mod 683
≡ 39624 mod 683 ≡ 10 mod 683
Es gilt also: 381221 ≡ 10 mod 683
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 33.
Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 33
| =>89 | = 2⋅33 + 23 |
| =>33 | = 1⋅23 + 10 |
| =>23 | = 2⋅10 + 3 |
| =>10 | = 3⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,33)=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= 10-3⋅3 | |||
| 3= 23-2⋅10 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅10 -3⋅(23 -2⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅23 +6⋅ 10) = -3⋅23 +7⋅ 10 (=1) |
| 10= 33-1⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅23 +7⋅(33 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +7⋅33 -7⋅ 23) = 7⋅33 -10⋅ 23 (=1) |
| 23= 89-2⋅33 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅33 -10⋅(89 -2⋅ 33)
= 7⋅33 -10⋅89 +20⋅ 33) = -10⋅89 +27⋅ 33 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,33)=1 = -10⋅89 +27⋅33
oder wenn man -10⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +10⋅89 = +27⋅33
Es gilt also: 27⋅33 = 10⋅89 +1
Somit 27⋅33 = 1 mod 89
27 ist also das Inverse von 33 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
