Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (7999 + 15999) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(7999 + 15999) mod 4 ≡ (7999 mod 4 + 15999 mod 4) mod 4.
7999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7999
= 7000
15999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15999
= 15000
Somit gilt:
(7999 + 15999) mod 4 ≡ (3 + 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (91 ⋅ 87) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(91 ⋅ 87) mod 4 ≡ (91 mod 4 ⋅ 87 mod 4) mod 4.
91 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 88 + 3 = 22 ⋅ 4 + 3 ist.
87 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 84 + 3 = 21 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(91 ⋅ 87) mod 4 ≡ (3 ⋅ 3) mod 4 ≡ 9 mod 4 ≡ 1 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 321128 mod 577.
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. 321 -> x
2. mod(x²,577) -> 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: 3211=321
2: 3212=3211+1=3211⋅3211 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 335 mod 577
4: 3214=3212+2=3212⋅3212 ≡ 335⋅335=112225 ≡ 287 mod 577
8: 3218=3214+4=3214⋅3214 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 435 mod 577
16: 32116=3218+8=3218⋅3218 ≡ 435⋅435=189225 ≡ 546 mod 577
32: 32132=32116+16=32116⋅32116 ≡ 546⋅546=298116 ≡ 384 mod 577
64: 32164=32132+32=32132⋅32132 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 321 mod 577
128: 321128=32164+64=32164⋅32164 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 335 mod 577
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 192183 mod 373.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 183 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 183 an und zerlegen 183 in eine Summer von 2er-Potenzen:
183 = 128+32+16+4+2+1
1: 1921=192
2: 1922=1921+1=1921⋅1921 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 310 mod 373
4: 1924=1922+2=1922⋅1922 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 239 mod 373
8: 1928=1924+4=1924⋅1924 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 52 mod 373
16: 19216=1928+8=1928⋅1928 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 93 mod 373
32: 19232=19216+16=19216⋅19216 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 70 mod 373
64: 19264=19232+32=19232⋅19232 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 51 mod 373
128: 192128=19264+64=19264⋅19264 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 363 mod 373
192183
= 192128+32+16+4+2+1
= 192128⋅19232⋅19216⋅1924⋅1922⋅1921
≡ 363 ⋅ 70 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 310 ⋅ 192 mod 373
≡ 25410 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 310 ⋅ 192 mod 373 ≡ 46 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 310 ⋅ 192 mod 373
≡ 4278 ⋅ 239 ⋅ 310 ⋅ 192 mod 373 ≡ 175 ⋅ 239 ⋅ 310 ⋅ 192 mod 373
≡ 41825 ⋅ 310 ⋅ 192 mod 373 ≡ 49 ⋅ 310 ⋅ 192 mod 373
≡ 15190 ⋅ 192 mod 373 ≡ 270 ⋅ 192 mod 373
≡ 51840 mod 373 ≡ 366 mod 373
Es gilt also: 192183 ≡ 366 mod 373
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 59
| =>73 | = 1⋅59 + 14 |
| =>59 | = 4⋅14 + 3 |
| =>14 | = 4⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,59)=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= 14-4⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(14 -4⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅14 +4⋅ 3) = -1⋅14 +5⋅ 3 (=1) |
| 3= 59-4⋅14 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅14 +5⋅(59 -4⋅ 14)
= -1⋅14 +5⋅59 -20⋅ 14) = 5⋅59 -21⋅ 14 (=1) |
| 14= 73-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅59 -21⋅(73 -1⋅ 59)
= 5⋅59 -21⋅73 +21⋅ 59) = -21⋅73 +26⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,59)=1 = -21⋅73 +26⋅59
oder wenn man -21⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +21⋅73 = +26⋅59
Es gilt also: 26⋅59 = 21⋅73 +1
Somit 26⋅59 = 1 mod 73
26 ist also das Inverse von 59 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
