Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (7999 - 38) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(7999 - 38) mod 4 ≡ (7999 mod 4 - 38 mod 4) mod 4.
7999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7999
= 7000
38 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38
= 40
Somit gilt:
(7999 - 38) mod 4 ≡ (3 - 2) mod 4 ≡ 1 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 38) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(70 ⋅ 38) mod 5 ≡ (70 mod 5 ⋅ 38 mod 5) mod 5.
70 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 14 ⋅ 5 + 0 ist.
38 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 35 + 3 = 7 ⋅ 5 + 3 ist.
Somit gilt:
(70 ⋅ 38) mod 5 ≡ (0 ⋅ 3) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 534128 mod 739.
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. 534 -> x
2. mod(x²,739) -> 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: 5341=534
2: 5342=5341+1=5341⋅5341 ≡ 534⋅534=285156 ≡ 641 mod 739
4: 5344=5342+2=5342⋅5342 ≡ 641⋅641=410881 ≡ 736 mod 739
8: 5348=5344+4=5344⋅5344 ≡ 736⋅736=541696 ≡ 9 mod 739
16: 53416=5348+8=5348⋅5348 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 739
32: 53432=53416+16=53416⋅53416 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 649 mod 739
64: 53464=53432+32=53432⋅53432 ≡ 649⋅649=421201 ≡ 710 mod 739
128: 534128=53464+64=53464⋅53464 ≡ 710⋅710=504100 ≡ 102 mod 739
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 131232 mod 379.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 232 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 232 an und zerlegen 232 in eine Summer von 2er-Potenzen:
232 = 128+64+32+8
1: 1311=131
2: 1312=1311+1=1311⋅1311 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 106 mod 379
4: 1314=1312+2=1312⋅1312 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 245 mod 379
8: 1318=1314+4=1314⋅1314 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 143 mod 379
16: 13116=1318+8=1318⋅1318 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 362 mod 379
32: 13132=13116+16=13116⋅13116 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 289 mod 379
64: 13164=13132+32=13132⋅13132 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 141 mod 379
128: 131128=13164+64=13164⋅13164 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 173 mod 379
131232
= 131128+64+32+8
= 131128⋅13164⋅13132⋅1318
≡ 173 ⋅ 141 ⋅ 289 ⋅ 143 mod 379
≡ 24393 ⋅ 289 ⋅ 143 mod 379 ≡ 137 ⋅ 289 ⋅ 143 mod 379
≡ 39593 ⋅ 143 mod 379 ≡ 177 ⋅ 143 mod 379
≡ 25311 mod 379 ≡ 297 mod 379
Es gilt also: 131232 ≡ 297 mod 379
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 37.
Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 37
| =>53 | = 1⋅37 + 16 |
| =>37 | = 2⋅16 + 5 |
| =>16 | = 3⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,37)=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= 16-3⋅5 | |||
| 5= 37-2⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅16 -3⋅(37 -2⋅ 16)
= 1⋅16 -3⋅37 +6⋅ 16) = -3⋅37 +7⋅ 16 (=1) |
| 16= 53-1⋅37 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅37 +7⋅(53 -1⋅ 37)
= -3⋅37 +7⋅53 -7⋅ 37) = 7⋅53 -10⋅ 37 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,37)=1 = 7⋅53 -10⋅37
oder wenn man 7⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅53 = -10⋅37
-10⋅37 = -7⋅53 + 1 |+53⋅37
-10⋅37 + 53⋅37 = -7⋅53 + 53⋅37 + 1
(-10 + 53) ⋅ 37 = (-7 + 37) ⋅ 53 + 1
43⋅37 = 30⋅53 + 1
Es gilt also: 43⋅37 = 30⋅53 +1
Somit 43⋅37 = 1 mod 53
43 ist also das Inverse von 37 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
