Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (99 + 198) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(99 + 198) mod 5 ≡ (99 mod 5 + 198 mod 5) mod 5.
99 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99
= 90
198 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 198
= 190
Somit gilt:
(99 + 198) mod 5 ≡ (4 + 3) mod 5 ≡ 7 mod 5 ≡ 2 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 59) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(45 ⋅ 59) mod 11 ≡ (45 mod 11 ⋅ 59 mod 11) mod 11.
45 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 44 + 1 = 4 ⋅ 11 + 1 ist.
59 mod 11 ≡ 4 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 55 + 4 = 5 ⋅ 11 + 4 ist.
Somit gilt:
(45 ⋅ 59) mod 11 ≡ (1 ⋅ 4) mod 11 ≡ 4 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 29432 mod 463.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 294 -> x
2. mod(x²,463) -> 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: 2941=294
2: 2942=2941+1=2941⋅2941 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 318 mod 463
4: 2944=2942+2=2942⋅2942 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 190 mod 463
8: 2948=2944+4=2944⋅2944 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 449 mod 463
16: 29416=2948+8=2948⋅2948 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 196 mod 463
32: 29432=29416+16=29416⋅29416 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 450 mod 463
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 153235 mod 353.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 235 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 235 an und zerlegen 235 in eine Summer von 2er-Potenzen:
235 = 128+64+32+8+2+1
1: 1531=153
2: 1532=1531+1=1531⋅1531 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 111 mod 353
4: 1534=1532+2=1532⋅1532 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 319 mod 353
8: 1538=1534+4=1534⋅1534 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 97 mod 353
16: 15316=1538+8=1538⋅1538 ≡ 97⋅97=9409 ≡ 231 mod 353
32: 15332=15316+16=15316⋅15316 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 58 mod 353
64: 15364=15332+32=15332⋅15332 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 187 mod 353
128: 153128=15364+64=15364⋅15364 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 22 mod 353
153235
= 153128+64+32+8+2+1
= 153128⋅15364⋅15332⋅1538⋅1532⋅1531
≡ 22 ⋅ 187 ⋅ 58 ⋅ 97 ⋅ 111 ⋅ 153 mod 353
≡ 4114 ⋅ 58 ⋅ 97 ⋅ 111 ⋅ 153 mod 353 ≡ 231 ⋅ 58 ⋅ 97 ⋅ 111 ⋅ 153 mod 353
≡ 13398 ⋅ 97 ⋅ 111 ⋅ 153 mod 353 ≡ 337 ⋅ 97 ⋅ 111 ⋅ 153 mod 353
≡ 32689 ⋅ 111 ⋅ 153 mod 353 ≡ 213 ⋅ 111 ⋅ 153 mod 353
≡ 23643 ⋅ 153 mod 353 ≡ 345 ⋅ 153 mod 353
≡ 52785 mod 353 ≡ 188 mod 353
Es gilt also: 153235 ≡ 188 mod 353
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 29.
Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 29
| =>53 | = 1⋅29 + 24 |
| =>29 | = 1⋅24 + 5 |
| =>24 | = 4⋅5 + 4 |
| =>5 | = 1⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,29)=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= 5-1⋅4 | |||
| 4= 24-4⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -1⋅(24 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅24 +4⋅ 5) = -1⋅24 +5⋅ 5 (=1) |
| 5= 29-1⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅24 +5⋅(29 -1⋅ 24)
= -1⋅24 +5⋅29 -5⋅ 24) = 5⋅29 -6⋅ 24 (=1) |
| 24= 53-1⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅29 -6⋅(53 -1⋅ 29)
= 5⋅29 -6⋅53 +6⋅ 29) = -6⋅53 +11⋅ 29 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,29)=1 = -6⋅53 +11⋅29
oder wenn man -6⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +6⋅53 = +11⋅29
Es gilt also: 11⋅29 = 6⋅53 +1
Somit 11⋅29 = 1 mod 53
11 ist also das Inverse von 29 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
