Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (31995 - 7999) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(31995 - 7999) mod 8 ≡ (31995 mod 8 - 7999 mod 8) mod 8.
31995 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31995
= 31000
7999 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7999
= 7000
Somit gilt:
(31995 - 7999) mod 8 ≡ (3 - 7) mod 8 ≡ -4 mod 8 ≡ 4 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 79) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(74 ⋅ 79) mod 6 ≡ (74 mod 6 ⋅ 79 mod 6) mod 6.
74 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 12 ⋅ 6 + 2 ist.
79 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 78 + 1 = 13 ⋅ 6 + 1 ist.
Somit gilt:
(74 ⋅ 79) mod 6 ≡ (2 ⋅ 1) mod 6 ≡ 2 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 19364 mod 233.
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. 193 -> x
2. mod(x²,233) -> 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: 1931=193
2: 1932=1931+1=1931⋅1931 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 202 mod 233
4: 1934=1932+2=1932⋅1932 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 29 mod 233
8: 1938=1934+4=1934⋅1934 ≡ 29⋅29=841 ≡ 142 mod 233
16: 19316=1938+8=1938⋅1938 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 126 mod 233
32: 19332=19316+16=19316⋅19316 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 32 mod 233
64: 19364=19332+32=19332⋅19332 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 92 mod 233
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 523201 mod 743.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 201 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 201 an und zerlegen 201 in eine Summer von 2er-Potenzen:
201 = 128+64+8+1
1: 5231=523
2: 5232=5231+1=5231⋅5231 ≡ 523⋅523=273529 ≡ 105 mod 743
4: 5234=5232+2=5232⋅5232 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 623 mod 743
8: 5238=5234+4=5234⋅5234 ≡ 623⋅623=388129 ≡ 283 mod 743
16: 52316=5238+8=5238⋅5238 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 588 mod 743
32: 52332=52316+16=52316⋅52316 ≡ 588⋅588=345744 ≡ 249 mod 743
64: 52364=52332+32=52332⋅52332 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 332 mod 743
128: 523128=52364+64=52364⋅52364 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 260 mod 743
523201
= 523128+64+8+1
= 523128⋅52364⋅5238⋅5231
≡ 260 ⋅ 332 ⋅ 283 ⋅ 523 mod 743
≡ 86320 ⋅ 283 ⋅ 523 mod 743 ≡ 132 ⋅ 283 ⋅ 523 mod 743
≡ 37356 ⋅ 523 mod 743 ≡ 206 ⋅ 523 mod 743
≡ 107738 mod 743 ≡ 3 mod 743
Es gilt also: 523201 ≡ 3 mod 743
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 50.
Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 50
=>59 | = 1⋅50 + 9 |
=>50 | = 5⋅9 + 5 |
=>9 | = 1⋅5 + 4 |
=>5 | = 1⋅4 + 1 |
=>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,50)=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= 5-1⋅4 | |||
4= 9-1⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -1⋅(9 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅9 +1⋅ 5) = -1⋅9 +2⋅ 5 (=1) |
5= 50-5⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅9 +2⋅(50 -5⋅ 9)
= -1⋅9 +2⋅50 -10⋅ 9) = 2⋅50 -11⋅ 9 (=1) |
9= 59-1⋅50 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅50 -11⋅(59 -1⋅ 50)
= 2⋅50 -11⋅59 +11⋅ 50) = -11⋅59 +13⋅ 50 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,50)=1 = -11⋅59 +13⋅50
oder wenn man -11⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅59 = +13⋅50
Es gilt also: 13⋅50 = 11⋅59 +1
Somit 13⋅50 = 1 mod 59
13 ist also das Inverse von 50 mod 59
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.