Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (152 + 1500) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(152 + 1500) mod 3 ≡ (152 mod 3 + 1500 mod 3) mod 3.
152 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 152
= 150
1500 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1500
= 1500
Somit gilt:
(152 + 1500) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 69) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(45 ⋅ 69) mod 3 ≡ (45 mod 3 ⋅ 69 mod 3) mod 3.
45 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 45 + 0 = 15 ⋅ 3 + 0 ist.
69 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 69 + 0 = 23 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(45 ⋅ 69) mod 3 ≡ (0 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 787128 mod 953.
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. 787 -> x
2. mod(x²,953) -> 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: 7871=787
2: 7872=7871+1=7871⋅7871 ≡ 787⋅787=619369 ≡ 872 mod 953
4: 7874=7872+2=7872⋅7872 ≡ 872⋅872=760384 ≡ 843 mod 953
8: 7878=7874+4=7874⋅7874 ≡ 843⋅843=710649 ≡ 664 mod 953
16: 78716=7878+8=7878⋅7878 ≡ 664⋅664=440896 ≡ 610 mod 953
32: 78732=78716+16=78716⋅78716 ≡ 610⋅610=372100 ≡ 430 mod 953
64: 78764=78732+32=78732⋅78732 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 18 mod 953
128: 787128=78764+64=78764⋅78764 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 953
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 222251 mod 227.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 251 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 251 an und zerlegen 251 in eine Summer von 2er-Potenzen:
251 = 128+64+32+16+8+2+1
1: 2221=222
2: 2222=2221+1=2221⋅2221 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 25 mod 227
4: 2224=2222+2=2222⋅2222 ≡ 25⋅25=625 ≡ 171 mod 227
8: 2228=2224+4=2224⋅2224 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 185 mod 227
16: 22216=2228+8=2228⋅2228 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 175 mod 227
32: 22232=22216+16=22216⋅22216 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 207 mod 227
64: 22264=22232+32=22232⋅22232 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 173 mod 227
128: 222128=22264+64=22264⋅22264 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 192 mod 227
222251
= 222128+64+32+16+8+2+1
= 222128⋅22264⋅22232⋅22216⋅2228⋅2222⋅2221
≡ 192 ⋅ 173 ⋅ 207 ⋅ 175 ⋅ 185 ⋅ 25 ⋅ 222 mod 227
≡ 33216 ⋅ 207 ⋅ 175 ⋅ 185 ⋅ 25 ⋅ 222 mod 227 ≡ 74 ⋅ 207 ⋅ 175 ⋅ 185 ⋅ 25 ⋅ 222 mod 227
≡ 15318 ⋅ 175 ⋅ 185 ⋅ 25 ⋅ 222 mod 227 ≡ 109 ⋅ 175 ⋅ 185 ⋅ 25 ⋅ 222 mod 227
≡ 19075 ⋅ 185 ⋅ 25 ⋅ 222 mod 227 ≡ 7 ⋅ 185 ⋅ 25 ⋅ 222 mod 227
≡ 1295 ⋅ 25 ⋅ 222 mod 227 ≡ 160 ⋅ 25 ⋅ 222 mod 227
≡ 4000 ⋅ 222 mod 227 ≡ 141 ⋅ 222 mod 227
≡ 31302 mod 227 ≡ 203 mod 227
Es gilt also: 222251 ≡ 203 mod 227
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 22.
Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 22
| =>61 | = 2⋅22 + 17 |
| =>22 | = 1⋅17 + 5 |
| =>17 | = 3⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,22)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 17-3⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(17 -3⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅17 +6⋅ 5) = -2⋅17 +7⋅ 5 (=1) |
| 5= 22-1⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅17 +7⋅(22 -1⋅ 17)
= -2⋅17 +7⋅22 -7⋅ 17) = 7⋅22 -9⋅ 17 (=1) |
| 17= 61-2⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅22 -9⋅(61 -2⋅ 22)
= 7⋅22 -9⋅61 +18⋅ 22) = -9⋅61 +25⋅ 22 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,22)=1 = -9⋅61 +25⋅22
oder wenn man -9⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅61 = +25⋅22
Es gilt also: 25⋅22 = 9⋅61 +1
Somit 25⋅22 = 1 mod 61
25 ist also das Inverse von 22 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
