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: (202 - 16004) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(202 - 16004) mod 4 ≡ (202 mod 4 - 16004 mod 4) mod 4.
202 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 202
= 200
16004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16004
= 16000
Somit gilt:
(202 - 16004) mod 4 ≡ (2 - 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 30) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(61 ⋅ 30) mod 9 ≡ (61 mod 9 ⋅ 30 mod 9) mod 9.
61 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 54 + 7 = 6 ⋅ 9 + 7 ist.
30 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 27 + 3 = 3 ⋅ 9 + 3 ist.
Somit gilt:
(61 ⋅ 30) mod 9 ≡ (7 ⋅ 3) mod 9 ≡ 21 mod 9 ≡ 3 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 446128 mod 523.
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. 446 -> x
2. mod(x²,523) -> 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: 4461=446
2: 4462=4461+1=4461⋅4461 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 176 mod 523
4: 4464=4462+2=4462⋅4462 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 119 mod 523
8: 4468=4464+4=4464⋅4464 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 40 mod 523
16: 44616=4468+8=4468⋅4468 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 31 mod 523
32: 44632=44616+16=44616⋅44616 ≡ 31⋅31=961 ≡ 438 mod 523
64: 44664=44632+32=44632⋅44632 ≡ 438⋅438=191844 ≡ 426 mod 523
128: 446128=44664+64=44664⋅44664 ≡ 426⋅426=181476 ≡ 518 mod 523
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 783219 mod 919.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 219 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 219 an und zerlegen 219 in eine Summer von 2er-Potenzen:
219 = 128+64+16+8+2+1
1: 7831=783
2: 7832=7831+1=7831⋅7831 ≡ 783⋅783=613089 ≡ 116 mod 919
4: 7834=7832+2=7832⋅7832 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 590 mod 919
8: 7838=7834+4=7834⋅7834 ≡ 590⋅590=348100 ≡ 718 mod 919
16: 78316=7838+8=7838⋅7838 ≡ 718⋅718=515524 ≡ 884 mod 919
32: 78332=78316+16=78316⋅78316 ≡ 884⋅884=781456 ≡ 306 mod 919
64: 78364=78332+32=78332⋅78332 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 817 mod 919
128: 783128=78364+64=78364⋅78364 ≡ 817⋅817=667489 ≡ 295 mod 919
783219
= 783128+64+16+8+2+1
= 783128⋅78364⋅78316⋅7838⋅7832⋅7831
≡ 295 ⋅ 817 ⋅ 884 ⋅ 718 ⋅ 116 ⋅ 783 mod 919
≡ 241015 ⋅ 884 ⋅ 718 ⋅ 116 ⋅ 783 mod 919 ≡ 237 ⋅ 884 ⋅ 718 ⋅ 116 ⋅ 783 mod 919
≡ 209508 ⋅ 718 ⋅ 116 ⋅ 783 mod 919 ≡ 895 ⋅ 718 ⋅ 116 ⋅ 783 mod 919
≡ 642610 ⋅ 116 ⋅ 783 mod 919 ≡ 229 ⋅ 116 ⋅ 783 mod 919
≡ 26564 ⋅ 783 mod 919 ≡ 832 ⋅ 783 mod 919
≡ 651456 mod 919 ≡ 804 mod 919
Es gilt also: 783219 ≡ 804 mod 919
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 42
| =>71 | = 1⋅42 + 29 |
| =>42 | = 1⋅29 + 13 |
| =>29 | = 2⋅13 + 3 |
| =>13 | = 4⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,42)=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= 29-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -4⋅(29 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅29 +8⋅ 13) = -4⋅29 +9⋅ 13 (=1) |
| 13= 42-1⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅29 +9⋅(42 -1⋅ 29)
= -4⋅29 +9⋅42 -9⋅ 29) = 9⋅42 -13⋅ 29 (=1) |
| 29= 71-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 9⋅42 -13⋅(71 -1⋅ 42)
= 9⋅42 -13⋅71 +13⋅ 42) = -13⋅71 +22⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,42)=1 = -13⋅71 +22⋅42
oder wenn man -13⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅71 = +22⋅42
Es gilt also: 22⋅42 = 13⋅71 +1
Somit 22⋅42 = 1 mod 71
22 ist also das Inverse von 42 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
