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: (320 + 3197) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(320 + 3197) mod 8 ≡ (320 mod 8 + 3197 mod 8) mod 8.
320 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 320
= 320
3197 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3197
= 3200
Somit gilt:
(320 + 3197) mod 8 ≡ (0 + 5) mod 8 ≡ 5 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (24 ⋅ 30) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(24 ⋅ 30) mod 9 ≡ (24 mod 9 ⋅ 30 mod 9) mod 9.
24 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 18 + 6 = 2 ⋅ 9 + 6 ist.
30 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 27 + 3 = 3 ⋅ 9 + 3 ist.
Somit gilt:
(24 ⋅ 30) mod 9 ≡ (6 ⋅ 3) mod 9 ≡ 18 mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 239128 mod 509.
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. 239 -> x
2. mod(x²,509) -> 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: 2391=239
2: 2392=2391+1=2391⋅2391 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 113 mod 509
4: 2394=2392+2=2392⋅2392 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 44 mod 509
8: 2398=2394+4=2394⋅2394 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 409 mod 509
16: 23916=2398+8=2398⋅2398 ≡ 409⋅409=167281 ≡ 329 mod 509
32: 23932=23916+16=23916⋅23916 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 333 mod 509
64: 23964=23932+32=23932⋅23932 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 436 mod 509
128: 239128=23964+64=23964⋅23964 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 239 mod 509
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 638161 mod 887.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 161 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 161 an und zerlegen 161 in eine Summer von 2er-Potenzen:
161 = 128+32+1
1: 6381=638
2: 6382=6381+1=6381⋅6381 ≡ 638⋅638=407044 ≡ 798 mod 887
4: 6384=6382+2=6382⋅6382 ≡ 798⋅798=636804 ≡ 825 mod 887
8: 6388=6384+4=6384⋅6384 ≡ 825⋅825=680625 ≡ 296 mod 887
16: 63816=6388+8=6388⋅6388 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 690 mod 887
32: 63832=63816+16=63816⋅63816 ≡ 690⋅690=476100 ≡ 668 mod 887
64: 63864=63832+32=63832⋅63832 ≡ 668⋅668=446224 ≡ 63 mod 887
128: 638128=63864+64=63864⋅63864 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 421 mod 887
638161
= 638128+32+1
= 638128⋅63832⋅6381
≡ 421 ⋅ 668 ⋅ 638 mod 887
≡ 281228 ⋅ 638 mod 887 ≡ 49 ⋅ 638 mod 887
≡ 31262 mod 887 ≡ 217 mod 887
Es gilt also: 638161 ≡ 217 mod 887
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 20.
Also bestimme x, so dass 20 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 20
| =>53 | = 2⋅20 + 13 |
| =>20 | = 1⋅13 + 7 |
| =>13 | = 1⋅7 + 6 |
| =>7 | = 1⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,20)=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= 7-1⋅6 | |||
| 6= 13-1⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -1⋅(13 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅13 +1⋅ 7) = -1⋅13 +2⋅ 7 (=1) |
| 7= 20-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅13 +2⋅(20 -1⋅ 13)
= -1⋅13 +2⋅20 -2⋅ 13) = 2⋅20 -3⋅ 13 (=1) |
| 13= 53-2⋅20 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅20 -3⋅(53 -2⋅ 20)
= 2⋅20 -3⋅53 +6⋅ 20) = -3⋅53 +8⋅ 20 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,20)=1 = -3⋅53 +8⋅20
oder wenn man -3⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +3⋅53 = +8⋅20
Es gilt also: 8⋅20 = 3⋅53 +1
Somit 8⋅20 = 1 mod 53
8 ist also das Inverse von 20 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
