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: (504 - 2505) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(504 - 2505) mod 5 ≡ (504 mod 5 - 2505 mod 5) mod 5.
504 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 504
= 500
2505 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2505
= 2500
Somit gilt:
(504 - 2505) mod 5 ≡ (4 - 0) mod 5 ≡ 4 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (95 ⋅ 37) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(95 ⋅ 37) mod 5 ≡ (95 mod 5 ⋅ 37 mod 5) mod 5.
95 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 95 + 0 = 19 ⋅ 5 + 0 ist.
37 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 35 + 2 = 7 ⋅ 5 + 2 ist.
Somit gilt:
(95 ⋅ 37) mod 5 ≡ (0 ⋅ 2) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 43664 mod 541.
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. 436 -> x
2. mod(x²,541) -> 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: 4361=436
2: 4362=4361+1=4361⋅4361 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 205 mod 541
4: 4364=4362+2=4362⋅4362 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 368 mod 541
8: 4368=4364+4=4364⋅4364 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 174 mod 541
16: 43616=4368+8=4368⋅4368 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 521 mod 541
32: 43632=43616+16=43616⋅43616 ≡ 521⋅521=271441 ≡ 400 mod 541
64: 43664=43632+32=43632⋅43632 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 405 mod 541
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 182215 mod 233.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 215 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 215 an und zerlegen 215 in eine Summer von 2er-Potenzen:
215 = 128+64+16+4+2+1
1: 1821=182
2: 1822=1821+1=1821⋅1821 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 38 mod 233
4: 1824=1822+2=1822⋅1822 ≡ 38⋅38=1444 ≡ 46 mod 233
8: 1828=1824+4=1824⋅1824 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 19 mod 233
16: 18216=1828+8=1828⋅1828 ≡ 19⋅19=361 ≡ 128 mod 233
32: 18232=18216+16=18216⋅18216 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 74 mod 233
64: 18264=18232+32=18232⋅18232 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 117 mod 233
128: 182128=18264+64=18264⋅18264 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 175 mod 233
182215
= 182128+64+16+4+2+1
= 182128⋅18264⋅18216⋅1824⋅1822⋅1821
≡ 175 ⋅ 117 ⋅ 128 ⋅ 46 ⋅ 38 ⋅ 182 mod 233
≡ 20475 ⋅ 128 ⋅ 46 ⋅ 38 ⋅ 182 mod 233 ≡ 204 ⋅ 128 ⋅ 46 ⋅ 38 ⋅ 182 mod 233
≡ 26112 ⋅ 46 ⋅ 38 ⋅ 182 mod 233 ≡ 16 ⋅ 46 ⋅ 38 ⋅ 182 mod 233
≡ 736 ⋅ 38 ⋅ 182 mod 233 ≡ 37 ⋅ 38 ⋅ 182 mod 233
≡ 1406 ⋅ 182 mod 233 ≡ 8 ⋅ 182 mod 233
≡ 1456 mod 233 ≡ 58 mod 233
Es gilt also: 182215 ≡ 58 mod 233
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 35.
Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 35
| =>61 | = 1⋅35 + 26 |
| =>35 | = 1⋅26 + 9 |
| =>26 | = 2⋅9 + 8 |
| =>9 | = 1⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,35)=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= 9-1⋅8 | |||
| 8= 26-2⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -1⋅(26 -2⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅26 +2⋅ 9) = -1⋅26 +3⋅ 9 (=1) |
| 9= 35-1⋅26 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅26 +3⋅(35 -1⋅ 26)
= -1⋅26 +3⋅35 -3⋅ 26) = 3⋅35 -4⋅ 26 (=1) |
| 26= 61-1⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅35 -4⋅(61 -1⋅ 35)
= 3⋅35 -4⋅61 +4⋅ 35) = -4⋅61 +7⋅ 35 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,35)=1 = -4⋅61 +7⋅35
oder wenn man -4⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +4⋅61 = +7⋅35
Es gilt also: 7⋅35 = 4⋅61 +1
Somit 7⋅35 = 1 mod 61
7 ist also das Inverse von 35 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
