Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (707 - 697) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(707 - 697) mod 7 ≡ (707 mod 7 - 697 mod 7) mod 7.
707 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 707
= 700
697 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 697
= 700
Somit gilt:
(707 - 697) mod 7 ≡ (0 - 4) mod 7 ≡ -4 mod 7 ≡ 3 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (62 ⋅ 45) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(62 ⋅ 45) mod 11 ≡ (62 mod 11 ⋅ 45 mod 11) mod 11.
62 mod 11 ≡ 7 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 55 + 7 = 5 ⋅ 11 + 7 ist.
45 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 44 + 1 = 4 ⋅ 11 + 1 ist.
Somit gilt:
(62 ⋅ 45) mod 11 ≡ (7 ⋅ 1) mod 11 ≡ 7 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 28164 mod 557.
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. 281 -> x
2. mod(x²,557) -> 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: 2811=281
2: 2812=2811+1=2811⋅2811 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 424 mod 557
4: 2814=2812+2=2812⋅2812 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 422 mod 557
8: 2818=2814+4=2814⋅2814 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 401 mod 557
16: 28116=2818+8=2818⋅2818 ≡ 401⋅401=160801 ≡ 385 mod 557
32: 28132=28116+16=28116⋅28116 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 63 mod 557
64: 28164=28132+32=28132⋅28132 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 70 mod 557
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 31271 mod 577.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 71 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 71 an und zerlegen 71 in eine Summer von 2er-Potenzen:
71 = 64+4+2+1
1: 3121=312
2: 3122=3121+1=3121⋅3121 ≡ 312⋅312=97344 ≡ 408 mod 577
4: 3124=3122+2=3122⋅3122 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 288 mod 577
8: 3128=3124+4=3124⋅3124 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 433 mod 577
16: 31216=3128+8=3128⋅3128 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 541 mod 577
32: 31232=31216+16=31216⋅31216 ≡ 541⋅541=292681 ≡ 142 mod 577
64: 31264=31232+32=31232⋅31232 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 546 mod 577
31271
= 31264+4+2+1
= 31264⋅3124⋅3122⋅3121
≡ 546 ⋅ 288 ⋅ 408 ⋅ 312 mod 577
≡ 157248 ⋅ 408 ⋅ 312 mod 577 ≡ 304 ⋅ 408 ⋅ 312 mod 577
≡ 124032 ⋅ 312 mod 577 ≡ 554 ⋅ 312 mod 577
≡ 172848 mod 577 ≡ 325 mod 577
Es gilt also: 31271 ≡ 325 mod 577
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 69.
Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 69
| =>97 | = 1⋅69 + 28 |
| =>69 | = 2⋅28 + 13 |
| =>28 | = 2⋅13 + 2 |
| =>13 | = 6⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,69)=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= 13-6⋅2 | |||
| 2= 28-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -6⋅(28 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -6⋅28 +12⋅ 13) = -6⋅28 +13⋅ 13 (=1) |
| 13= 69-2⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅28 +13⋅(69 -2⋅ 28)
= -6⋅28 +13⋅69 -26⋅ 28) = 13⋅69 -32⋅ 28 (=1) |
| 28= 97-1⋅69 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅69 -32⋅(97 -1⋅ 69)
= 13⋅69 -32⋅97 +32⋅ 69) = -32⋅97 +45⋅ 69 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,69)=1 = -32⋅97 +45⋅69
oder wenn man -32⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +32⋅97 = +45⋅69
Es gilt also: 45⋅69 = 32⋅97 +1
Somit 45⋅69 = 1 mod 97
45 ist also das Inverse von 69 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
