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: (10002 - 1499) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(10002 - 1499) mod 5 ≡ (10002 mod 5 - 1499 mod 5) mod 5.
10002 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 10002
= 10000
1499 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1499
= 1400
Somit gilt:
(10002 - 1499) mod 5 ≡ (2 - 4) mod 5 ≡ -2 mod 5 ≡ 3 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (41 ⋅ 47) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(41 ⋅ 47) mod 6 ≡ (41 mod 6 ⋅ 47 mod 6) mod 6.
41 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 36 + 5 = 6 ⋅ 6 + 5 ist.
47 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 42 + 5 = 7 ⋅ 6 + 5 ist.
Somit gilt:
(41 ⋅ 47) mod 6 ≡ (5 ⋅ 5) mod 6 ≡ 25 mod 6 ≡ 1 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 36164 mod 397.
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. 361 -> x
2. mod(x²,397) -> 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: 3611=361
2: 3612=3611+1=3611⋅3611 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 105 mod 397
4: 3614=3612+2=3612⋅3612 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 306 mod 397
8: 3618=3614+4=3614⋅3614 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 341 mod 397
16: 36116=3618+8=3618⋅3618 ≡ 341⋅341=116281 ≡ 357 mod 397
32: 36132=36116+16=36116⋅36116 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 12 mod 397
64: 36164=36132+32=36132⋅36132 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 397
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 327163 mod 389.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 163 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 163 an und zerlegen 163 in eine Summer von 2er-Potenzen:
163 = 128+32+2+1
1: 3271=327
2: 3272=3271+1=3271⋅3271 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 343 mod 389
4: 3274=3272+2=3272⋅3272 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 171 mod 389
8: 3278=3274+4=3274⋅3274 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 66 mod 389
16: 32716=3278+8=3278⋅3278 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 77 mod 389
32: 32732=32716+16=32716⋅32716 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 94 mod 389
64: 32764=32732+32=32732⋅32732 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 278 mod 389
128: 327128=32764+64=32764⋅32764 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 262 mod 389
327163
= 327128+32+2+1
= 327128⋅32732⋅3272⋅3271
≡ 262 ⋅ 94 ⋅ 343 ⋅ 327 mod 389
≡ 24628 ⋅ 343 ⋅ 327 mod 389 ≡ 121 ⋅ 343 ⋅ 327 mod 389
≡ 41503 ⋅ 327 mod 389 ≡ 269 ⋅ 327 mod 389
≡ 87963 mod 389 ≡ 49 mod 389
Es gilt also: 327163 ≡ 49 mod 389
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 32.
Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 32
| =>83 | = 2⋅32 + 19 |
| =>32 | = 1⋅19 + 13 |
| =>19 | = 1⋅13 + 6 |
| =>13 | = 2⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,32)=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= 13-2⋅6 | |||
| 6= 19-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -2⋅(19 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅19 +2⋅ 13) = -2⋅19 +3⋅ 13 (=1) |
| 13= 32-1⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅19 +3⋅(32 -1⋅ 19)
= -2⋅19 +3⋅32 -3⋅ 19) = 3⋅32 -5⋅ 19 (=1) |
| 19= 83-2⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅32 -5⋅(83 -2⋅ 32)
= 3⋅32 -5⋅83 +10⋅ 32) = -5⋅83 +13⋅ 32 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,32)=1 = -5⋅83 +13⋅32
oder wenn man -5⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅83 = +13⋅32
Es gilt also: 13⋅32 = 5⋅83 +1
Somit 13⋅32 = 1 mod 83
13 ist also das Inverse von 32 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
