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: (3006 - 5998) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3006 - 5998) mod 6 ≡ (3006 mod 6 - 5998 mod 6) mod 6.
3006 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3006
= 3000
5998 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5998
= 6000
Somit gilt:
(3006 - 5998) mod 6 ≡ (0 - 4) mod 6 ≡ -4 mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 43) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(43 ⋅ 43) mod 6 ≡ (43 mod 6 ⋅ 43 mod 6) mod 6.
43 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 42 + 1 = 7 ⋅ 6 + 1 ist.
43 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 42 + 1 = 7 ⋅ 6 + 1 ist.
Somit gilt:
(43 ⋅ 43) mod 6 ≡ (1 ⋅ 1) mod 6 ≡ 1 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 19916 mod 313.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 199 -> x
2. mod(x²,313) -> 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: 1991=199
2: 1992=1991+1=1991⋅1991 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 163 mod 313
4: 1994=1992+2=1992⋅1992 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 277 mod 313
8: 1998=1994+4=1994⋅1994 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 44 mod 313
16: 19916=1998+8=1998⋅1998 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 58 mod 313
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 464219 mod 797.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 219 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 219 an und zerlegen 219 in eine Summer von 2er-Potenzen:
219 = 128+64+16+8+2+1
1: 4641=464
2: 4642=4641+1=4641⋅4641 ≡ 464⋅464=215296 ≡ 106 mod 797
4: 4644=4642+2=4642⋅4642 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 78 mod 797
8: 4648=4644+4=4644⋅4644 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 505 mod 797
16: 46416=4648+8=4648⋅4648 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 782 mod 797
32: 46432=46416+16=46416⋅46416 ≡ 782⋅782=611524 ≡ 225 mod 797
64: 46464=46432+32=46432⋅46432 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 414 mod 797
128: 464128=46464+64=46464⋅46464 ≡ 414⋅414=171396 ≡ 41 mod 797
464219
= 464128+64+16+8+2+1
= 464128⋅46464⋅46416⋅4648⋅4642⋅4641
≡ 41 ⋅ 414 ⋅ 782 ⋅ 505 ⋅ 106 ⋅ 464 mod 797
≡ 16974 ⋅ 782 ⋅ 505 ⋅ 106 ⋅ 464 mod 797 ≡ 237 ⋅ 782 ⋅ 505 ⋅ 106 ⋅ 464 mod 797
≡ 185334 ⋅ 505 ⋅ 106 ⋅ 464 mod 797 ≡ 430 ⋅ 505 ⋅ 106 ⋅ 464 mod 797
≡ 217150 ⋅ 106 ⋅ 464 mod 797 ≡ 366 ⋅ 106 ⋅ 464 mod 797
≡ 38796 ⋅ 464 mod 797 ≡ 540 ⋅ 464 mod 797
≡ 250560 mod 797 ≡ 302 mod 797
Es gilt also: 464219 ≡ 302 mod 797
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 28.
Also bestimme x, so dass 28 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 28
| =>53 | = 1⋅28 + 25 |
| =>28 | = 1⋅25 + 3 |
| =>25 | = 8⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,28)=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= 25-8⋅3 | |||
| 3= 28-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -8⋅(28 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -8⋅28 +8⋅ 25) = -8⋅28 +9⋅ 25 (=1) |
| 25= 53-1⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -8⋅28 +9⋅(53 -1⋅ 28)
= -8⋅28 +9⋅53 -9⋅ 28) = 9⋅53 -17⋅ 28 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,28)=1 = 9⋅53 -17⋅28
oder wenn man 9⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅53 = -17⋅28
-17⋅28 = -9⋅53 + 1 |+53⋅28
-17⋅28 + 53⋅28 = -9⋅53 + 53⋅28 + 1
(-17 + 53) ⋅ 28 = (-9 + 28) ⋅ 53 + 1
36⋅28 = 19⋅53 + 1
Es gilt also: 36⋅28 = 19⋅53 +1
Somit 36⋅28 = 1 mod 53
36 ist also das Inverse von 28 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
