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: (17995 + 367) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17995 + 367) mod 9 ≡ (17995 mod 9 + 367 mod 9) mod 9.
17995 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17995
= 18000
367 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 367
= 360
Somit gilt:
(17995 + 367) mod 9 ≡ (4 + 7) mod 9 ≡ 11 mod 9 ≡ 2 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 89) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15 ⋅ 89) mod 7 ≡ (15 mod 7 ⋅ 89 mod 7) mod 7.
15 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 14 + 1 = 2 ⋅ 7 + 1 ist.
89 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 84 + 5 = 12 ⋅ 7 + 5 ist.
Somit gilt:
(15 ⋅ 89) mod 7 ≡ (1 ⋅ 5) mod 7 ≡ 5 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 29432 mod 479.
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. 294 -> x
2. mod(x²,479) -> 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: 2941=294
2: 2942=2941+1=2941⋅2941 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 216 mod 479
4: 2944=2942+2=2942⋅2942 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 193 mod 479
8: 2948=2944+4=2944⋅2944 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 366 mod 479
16: 29416=2948+8=2948⋅2948 ≡ 366⋅366=133956 ≡ 315 mod 479
32: 29432=29416+16=29416⋅29416 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 72 mod 479
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 229235 mod 709.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 235 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 235 an und zerlegen 235 in eine Summer von 2er-Potenzen:
235 = 128+64+32+8+2+1
1: 2291=229
2: 2292=2291+1=2291⋅2291 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 684 mod 709
4: 2294=2292+2=2292⋅2292 ≡ 684⋅684=467856 ≡ 625 mod 709
8: 2298=2294+4=2294⋅2294 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 675 mod 709
16: 22916=2298+8=2298⋅2298 ≡ 675⋅675=455625 ≡ 447 mod 709
32: 22932=22916+16=22916⋅22916 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 580 mod 709
64: 22964=22932+32=22932⋅22932 ≡ 580⋅580=336400 ≡ 334 mod 709
128: 229128=22964+64=22964⋅22964 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 243 mod 709
229235
= 229128+64+32+8+2+1
= 229128⋅22964⋅22932⋅2298⋅2292⋅2291
≡ 243 ⋅ 334 ⋅ 580 ⋅ 675 ⋅ 684 ⋅ 229 mod 709
≡ 81162 ⋅ 580 ⋅ 675 ⋅ 684 ⋅ 229 mod 709 ≡ 336 ⋅ 580 ⋅ 675 ⋅ 684 ⋅ 229 mod 709
≡ 194880 ⋅ 675 ⋅ 684 ⋅ 229 mod 709 ≡ 614 ⋅ 675 ⋅ 684 ⋅ 229 mod 709
≡ 414450 ⋅ 684 ⋅ 229 mod 709 ≡ 394 ⋅ 684 ⋅ 229 mod 709
≡ 269496 ⋅ 229 mod 709 ≡ 76 ⋅ 229 mod 709
≡ 17404 mod 709 ≡ 388 mod 709
Es gilt also: 229235 ≡ 388 mod 709
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 42
| =>53 | = 1⋅42 + 11 |
| =>42 | = 3⋅11 + 9 |
| =>11 | = 1⋅9 + 2 |
| =>9 | = 4⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,42)=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= 9-4⋅2 | |||
| 2= 11-1⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -4⋅(11 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅11 +4⋅ 9) = -4⋅11 +5⋅ 9 (=1) |
| 9= 42-3⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅11 +5⋅(42 -3⋅ 11)
= -4⋅11 +5⋅42 -15⋅ 11) = 5⋅42 -19⋅ 11 (=1) |
| 11= 53-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅42 -19⋅(53 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -19⋅53 +19⋅ 42) = -19⋅53 +24⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,42)=1 = -19⋅53 +24⋅42
oder wenn man -19⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +19⋅53 = +24⋅42
Es gilt also: 24⋅42 = 19⋅53 +1
Somit 24⋅42 = 1 mod 53
24 ist also das Inverse von 42 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
