Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (6003 + 599) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(6003 + 599) mod 3 ≡ (6003 mod 3 + 599 mod 3) mod 3.
6003 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6003
= 6000
599 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 599
= 600
Somit gilt:
(6003 + 599) mod 3 ≡ (0 + 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 84) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(83 ⋅ 84) mod 5 ≡ (83 mod 5 ⋅ 84 mod 5) mod 5.
83 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80 + 3 = 16 ⋅ 5 + 3 ist.
84 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 80 + 4 = 16 ⋅ 5 + 4 ist.
Somit gilt:
(83 ⋅ 84) mod 5 ≡ (3 ⋅ 4) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 25364 mod 373.
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. 253 -> x
2. mod(x²,373) -> 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: 2531=253
2: 2532=2531+1=2531⋅2531 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 226 mod 373
4: 2534=2532+2=2532⋅2532 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 348 mod 373
8: 2538=2534+4=2534⋅2534 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 252 mod 373
16: 25316=2538+8=2538⋅2538 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 94 mod 373
32: 25332=25316+16=25316⋅25316 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 257 mod 373
64: 25364=25332+32=25332⋅25332 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 28 mod 373
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 200230 mod 269.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 230 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 230 an und zerlegen 230 in eine Summer von 2er-Potenzen:
230 = 128+64+32+4+2
1: 2001=200
2: 2002=2001+1=2001⋅2001 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 188 mod 269
4: 2004=2002+2=2002⋅2002 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 105 mod 269
8: 2008=2004+4=2004⋅2004 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 265 mod 269
16: 20016=2008+8=2008⋅2008 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 16 mod 269
32: 20032=20016+16=20016⋅20016 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 269
64: 20064=20032+32=20032⋅20032 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 169 mod 269
128: 200128=20064+64=20064⋅20064 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 47 mod 269
200230
= 200128+64+32+4+2
= 200128⋅20064⋅20032⋅2004⋅2002
≡ 47 ⋅ 169 ⋅ 256 ⋅ 105 ⋅ 188 mod 269
≡ 7943 ⋅ 256 ⋅ 105 ⋅ 188 mod 269 ≡ 142 ⋅ 256 ⋅ 105 ⋅ 188 mod 269
≡ 36352 ⋅ 105 ⋅ 188 mod 269 ≡ 37 ⋅ 105 ⋅ 188 mod 269
≡ 3885 ⋅ 188 mod 269 ≡ 119 ⋅ 188 mod 269
≡ 22372 mod 269 ≡ 45 mod 269
Es gilt also: 200230 ≡ 45 mod 269
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 47
| =>79 | = 1⋅47 + 32 |
| =>47 | = 1⋅32 + 15 |
| =>32 | = 2⋅15 + 2 |
| =>15 | = 7⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,47)=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= 15-7⋅2 | |||
| 2= 32-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -7⋅(32 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -7⋅32 +14⋅ 15) = -7⋅32 +15⋅ 15 (=1) |
| 15= 47-1⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -7⋅32 +15⋅(47 -1⋅ 32)
= -7⋅32 +15⋅47 -15⋅ 32) = 15⋅47 -22⋅ 32 (=1) |
| 32= 79-1⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 15⋅47 -22⋅(79 -1⋅ 47)
= 15⋅47 -22⋅79 +22⋅ 47) = -22⋅79 +37⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,47)=1 = -22⋅79 +37⋅47
oder wenn man -22⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +22⋅79 = +37⋅47
Es gilt also: 37⋅47 = 22⋅79 +1
Somit 37⋅47 = 1 mod 79
37 ist also das Inverse von 47 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
