Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15003 + 20005) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15003 + 20005) mod 5 ≡ (15003 mod 5 + 20005 mod 5) mod 5.
15003 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15003
= 15000
20005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20005
= 20000
Somit gilt:
(15003 + 20005) mod 5 ≡ (3 + 0) mod 5 ≡ 3 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (40 ⋅ 46) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(40 ⋅ 46) mod 6 ≡ (40 mod 6 ⋅ 46 mod 6) mod 6.
40 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 36 + 4 = 6 ⋅ 6 + 4 ist.
46 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 42 + 4 = 7 ⋅ 6 + 4 ist.
Somit gilt:
(40 ⋅ 46) mod 6 ≡ (4 ⋅ 4) mod 6 ≡ 16 mod 6 ≡ 4 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 278128 mod 709.
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. 278 -> x
2. mod(x²,709) -> 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: 2781=278
2: 2782=2781+1=2781⋅2781 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 3 mod 709
4: 2784=2782+2=2782⋅2782 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 709
8: 2788=2784+4=2784⋅2784 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 709
16: 27816=2788+8=2788⋅2788 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 180 mod 709
32: 27832=27816+16=27816⋅27816 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 495 mod 709
64: 27864=27832+32=27832⋅27832 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 420 mod 709
128: 278128=27864+64=27864⋅27864 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 568 mod 709
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 370206 mod 479.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 206 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 206 an und zerlegen 206 in eine Summer von 2er-Potenzen:
206 = 128+64+8+4+2
1: 3701=370
2: 3702=3701+1=3701⋅3701 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 385 mod 479
4: 3704=3702+2=3702⋅3702 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 214 mod 479
8: 3708=3704+4=3704⋅3704 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 291 mod 479
16: 37016=3708+8=3708⋅3708 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 377 mod 479
32: 37032=37016+16=37016⋅37016 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 345 mod 479
64: 37064=37032+32=37032⋅37032 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 233 mod 479
128: 370128=37064+64=37064⋅37064 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 162 mod 479
370206
= 370128+64+8+4+2
= 370128⋅37064⋅3708⋅3704⋅3702
≡ 162 ⋅ 233 ⋅ 291 ⋅ 214 ⋅ 385 mod 479
≡ 37746 ⋅ 291 ⋅ 214 ⋅ 385 mod 479 ≡ 384 ⋅ 291 ⋅ 214 ⋅ 385 mod 479
≡ 111744 ⋅ 214 ⋅ 385 mod 479 ≡ 137 ⋅ 214 ⋅ 385 mod 479
≡ 29318 ⋅ 385 mod 479 ≡ 99 ⋅ 385 mod 479
≡ 38115 mod 479 ≡ 274 mod 479
Es gilt also: 370206 ≡ 274 mod 479
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 63.
Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 63
| =>71 | = 1⋅63 + 8 |
| =>63 | = 7⋅8 + 7 |
| =>8 | = 1⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,63)=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= 8-1⋅7 | |||
| 7= 63-7⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅8 -1⋅(63 -7⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅63 +7⋅ 8) = -1⋅63 +8⋅ 8 (=1) |
| 8= 71-1⋅63 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅63 +8⋅(71 -1⋅ 63)
= -1⋅63 +8⋅71 -8⋅ 63) = 8⋅71 -9⋅ 63 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,63)=1 = 8⋅71 -9⋅63
oder wenn man 8⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -8⋅71 = -9⋅63
-9⋅63 = -8⋅71 + 1 |+71⋅63
-9⋅63 + 71⋅63 = -8⋅71 + 71⋅63 + 1
(-9 + 71) ⋅ 63 = (-8 + 63) ⋅ 71 + 1
62⋅63 = 55⋅71 + 1
Es gilt also: 62⋅63 = 55⋅71 +1
Somit 62⋅63 = 1 mod 71
62 ist also das Inverse von 63 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
