Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (305 + 6000) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(305 + 6000) mod 6 ≡ (305 mod 6 + 6000 mod 6) mod 6.
305 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 305
= 300
6000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6000
= 6000
Somit gilt:
(305 + 6000) mod 6 ≡ (5 + 0) mod 6 ≡ 5 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 79) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(43 ⋅ 79) mod 7 ≡ (43 mod 7 ⋅ 79 mod 7) mod 7.
43 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 42 + 1 = 6 ⋅ 7 + 1 ist.
79 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 77 + 2 = 11 ⋅ 7 + 2 ist.
Somit gilt:
(43 ⋅ 79) mod 7 ≡ (1 ⋅ 2) mod 7 ≡ 2 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 502128 mod 569.
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. 502 -> x
2. mod(x²,569) -> 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: 5021=502
2: 5022=5021+1=5021⋅5021 ≡ 502⋅502=252004 ≡ 506 mod 569
4: 5024=5022+2=5022⋅5022 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 555 mod 569
8: 5028=5024+4=5024⋅5024 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 196 mod 569
16: 50216=5028+8=5028⋅5028 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 293 mod 569
32: 50232=50216+16=50216⋅50216 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 499 mod 569
64: 50264=50232+32=50232⋅50232 ≡ 499⋅499=249001 ≡ 348 mod 569
128: 502128=50264+64=50264⋅50264 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 476 mod 569
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 351167 mod 743.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 167 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 167 an und zerlegen 167 in eine Summer von 2er-Potenzen:
167 = 128+32+4+2+1
1: 3511=351
2: 3512=3511+1=3511⋅3511 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 606 mod 743
4: 3514=3512+2=3512⋅3512 ≡ 606⋅606=367236 ≡ 194 mod 743
8: 3518=3514+4=3514⋅3514 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 486 mod 743
16: 35116=3518+8=3518⋅3518 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 665 mod 743
32: 35132=35116+16=35116⋅35116 ≡ 665⋅665=442225 ≡ 140 mod 743
64: 35164=35132+32=35132⋅35132 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 282 mod 743
128: 351128=35164+64=35164⋅35164 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 23 mod 743
351167
= 351128+32+4+2+1
= 351128⋅35132⋅3514⋅3512⋅3511
≡ 23 ⋅ 140 ⋅ 194 ⋅ 606 ⋅ 351 mod 743
≡ 3220 ⋅ 194 ⋅ 606 ⋅ 351 mod 743 ≡ 248 ⋅ 194 ⋅ 606 ⋅ 351 mod 743
≡ 48112 ⋅ 606 ⋅ 351 mod 743 ≡ 560 ⋅ 606 ⋅ 351 mod 743
≡ 339360 ⋅ 351 mod 743 ≡ 552 ⋅ 351 mod 743
≡ 193752 mod 743 ≡ 572 mod 743
Es gilt also: 351167 ≡ 572 mod 743
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 29.
Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 29
| =>61 | = 2⋅29 + 3 |
| =>29 | = 9⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,29)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 29-9⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(29 -9⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅29 +9⋅ 3) = -1⋅29 +10⋅ 3 (=1) |
| 3= 61-2⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅29 +10⋅(61 -2⋅ 29)
= -1⋅29 +10⋅61 -20⋅ 29) = 10⋅61 -21⋅ 29 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,29)=1 = 10⋅61 -21⋅29
oder wenn man 10⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 -10⋅61 = -21⋅29
-21⋅29 = -10⋅61 + 1 |+61⋅29
-21⋅29 + 61⋅29 = -10⋅61 + 61⋅29 + 1
(-21 + 61) ⋅ 29 = (-10 + 29) ⋅ 61 + 1
40⋅29 = 19⋅61 + 1
Es gilt also: 40⋅29 = 19⋅61 +1
Somit 40⋅29 = 1 mod 61
40 ist also das Inverse von 29 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
