Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (122 + 11999) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(122 + 11999) mod 3 ≡ (122 mod 3 + 11999 mod 3) mod 3.
122 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 122
= 120
11999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11999
= 12000
Somit gilt:
(122 + 11999) mod 3 ≡ (2 + 2) mod 3 ≡ 4 mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (26 ⋅ 57) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(26 ⋅ 57) mod 7 ≡ (26 mod 7 ⋅ 57 mod 7) mod 7.
26 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 21 + 5 = 3 ⋅ 7 + 5 ist.
57 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 56 + 1 = 8 ⋅ 7 + 1 ist.
Somit gilt:
(26 ⋅ 57) mod 7 ≡ (5 ⋅ 1) mod 7 ≡ 5 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 66664 mod 857.
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. 666 -> x
2. mod(x²,857) -> 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: 6661=666
2: 6662=6661+1=6661⋅6661 ≡ 666⋅666=443556 ≡ 487 mod 857
4: 6664=6662+2=6662⋅6662 ≡ 487⋅487=237169 ≡ 637 mod 857
8: 6668=6664+4=6664⋅6664 ≡ 637⋅637=405769 ≡ 408 mod 857
16: 66616=6668+8=6668⋅6668 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 206 mod 857
32: 66632=66616+16=66616⋅66616 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 443 mod 857
64: 66664=66632+32=66632⋅66632 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 853 mod 857
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 270201 mod 643.
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: 2701=270
2: 2702=2701+1=2701⋅2701 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 241 mod 643
4: 2704=2702+2=2702⋅2702 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 211 mod 643
8: 2708=2704+4=2704⋅2704 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 154 mod 643
16: 27016=2708+8=2708⋅2708 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 568 mod 643
32: 27032=27016+16=27016⋅27016 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 481 mod 643
64: 27064=27032+32=27032⋅27032 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 524 mod 643
128: 270128=27064+64=27064⋅27064 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 15 mod 643
270201
= 270128+64+8+1
= 270128⋅27064⋅2708⋅2701
≡ 15 ⋅ 524 ⋅ 154 ⋅ 270 mod 643
≡ 7860 ⋅ 154 ⋅ 270 mod 643 ≡ 144 ⋅ 154 ⋅ 270 mod 643
≡ 22176 ⋅ 270 mod 643 ≡ 314 ⋅ 270 mod 643
≡ 84780 mod 643 ≡ 547 mod 643
Es gilt also: 270201 ≡ 547 mod 643
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 59
| =>79 | = 1⋅59 + 20 |
| =>59 | = 2⋅20 + 19 |
| =>20 | = 1⋅19 + 1 |
| =>19 | = 19⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,59)=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= 20-1⋅19 | |||
| 19= 59-2⋅20 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅20 -1⋅(59 -2⋅ 20)
= 1⋅20 -1⋅59 +2⋅ 20) = -1⋅59 +3⋅ 20 (=1) |
| 20= 79-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅59 +3⋅(79 -1⋅ 59)
= -1⋅59 +3⋅79 -3⋅ 59) = 3⋅79 -4⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,59)=1 = 3⋅79 -4⋅59
oder wenn man 3⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -3⋅79 = -4⋅59
-4⋅59 = -3⋅79 + 1 |+79⋅59
-4⋅59 + 79⋅59 = -3⋅79 + 79⋅59 + 1
(-4 + 79) ⋅ 59 = (-3 + 59) ⋅ 79 + 1
75⋅59 = 56⋅79 + 1
Es gilt also: 75⋅59 = 56⋅79 +1
Somit 75⋅59 = 1 mod 79
75 ist also das Inverse von 59 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
