Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (27998 + 203) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(27998 + 203) mod 7 ≡ (27998 mod 7 + 203 mod 7) mod 7.
27998 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27998
= 28000
203 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 203
= 210
Somit gilt:
(27998 + 203) mod 7 ≡ (5 + 0) mod 7 ≡ 5 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 51) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(21 ⋅ 51) mod 8 ≡ (21 mod 8 ⋅ 51 mod 8) mod 8.
21 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 16 + 5 = 2 ⋅ 8 + 5 ist.
51 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 48 + 3 = 6 ⋅ 8 + 3 ist.
Somit gilt:
(21 ⋅ 51) mod 8 ≡ (5 ⋅ 3) mod 8 ≡ 15 mod 8 ≡ 7 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 22032 mod 269.
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. 220 -> x
2. mod(x²,269) -> 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: 2201=220
2: 2202=2201+1=2201⋅2201 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 249 mod 269
4: 2204=2202+2=2202⋅2202 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 131 mod 269
8: 2208=2204+4=2204⋅2204 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 214 mod 269
16: 22016=2208+8=2208⋅2208 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 66 mod 269
32: 22032=22016+16=22016⋅22016 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 52 mod 269
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 516191 mod 839.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:
191 = 128+32+16+8+4+2+1
1: 5161=516
2: 5162=5161+1=5161⋅5161 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 293 mod 839
4: 5164=5162+2=5162⋅5162 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 271 mod 839
8: 5168=5164+4=5164⋅5164 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 448 mod 839
16: 51616=5168+8=5168⋅5168 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 183 mod 839
32: 51632=51616+16=51616⋅51616 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 768 mod 839
64: 51664=51632+32=51632⋅51632 ≡ 768⋅768=589824 ≡ 7 mod 839
128: 516128=51664+64=51664⋅51664 ≡ 7⋅7=49 ≡ 49 mod 839
516191
= 516128+32+16+8+4+2+1
= 516128⋅51632⋅51616⋅5168⋅5164⋅5162⋅5161
≡ 49 ⋅ 768 ⋅ 183 ⋅ 448 ⋅ 271 ⋅ 293 ⋅ 516 mod 839
≡ 37632 ⋅ 183 ⋅ 448 ⋅ 271 ⋅ 293 ⋅ 516 mod 839 ≡ 716 ⋅ 183 ⋅ 448 ⋅ 271 ⋅ 293 ⋅ 516 mod 839
≡ 131028 ⋅ 448 ⋅ 271 ⋅ 293 ⋅ 516 mod 839 ≡ 144 ⋅ 448 ⋅ 271 ⋅ 293 ⋅ 516 mod 839
≡ 64512 ⋅ 271 ⋅ 293 ⋅ 516 mod 839 ≡ 748 ⋅ 271 ⋅ 293 ⋅ 516 mod 839
≡ 202708 ⋅ 293 ⋅ 516 mod 839 ≡ 509 ⋅ 293 ⋅ 516 mod 839
≡ 149137 ⋅ 516 mod 839 ≡ 634 ⋅ 516 mod 839
≡ 327144 mod 839 ≡ 773 mod 839
Es gilt also: 516191 ≡ 773 mod 839
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 26.
Also bestimme x, so dass 26 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 26
| =>73 | = 2⋅26 + 21 |
| =>26 | = 1⋅21 + 5 |
| =>21 | = 4⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,26)=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= 21-4⋅5 | |||
| 5= 26-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -4⋅(26 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -4⋅26 +4⋅ 21) = -4⋅26 +5⋅ 21 (=1) |
| 21= 73-2⋅26 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅26 +5⋅(73 -2⋅ 26)
= -4⋅26 +5⋅73 -10⋅ 26) = 5⋅73 -14⋅ 26 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,26)=1 = 5⋅73 -14⋅26
oder wenn man 5⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅73 = -14⋅26
-14⋅26 = -5⋅73 + 1 |+73⋅26
-14⋅26 + 73⋅26 = -5⋅73 + 73⋅26 + 1
(-14 + 73) ⋅ 26 = (-5 + 26) ⋅ 73 + 1
59⋅26 = 21⋅73 + 1
Es gilt also: 59⋅26 = 21⋅73 +1
Somit 59⋅26 = 1 mod 73
59 ist also das Inverse von 26 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
