Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1005 + 100) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1005 + 100) mod 5 ≡ (1005 mod 5 + 100 mod 5) mod 5.
1005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1005
= 1000
100 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100
= 100
Somit gilt:
(1005 + 100) mod 5 ≡ (0 + 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 60) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(84 ⋅ 60) mod 4 ≡ (84 mod 4 ⋅ 60 mod 4) mod 4.
84 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 84 + 0 = 21 ⋅ 4 + 0 ist.
60 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60 + 0 = 15 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(84 ⋅ 60) mod 4 ≡ (0 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 26864 mod 643.
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. 268 -> x
2. mod(x²,643) -> 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: 2681=268
2: 2682=2681+1=2681⋅2681 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 451 mod 643
4: 2684=2682+2=2682⋅2682 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 213 mod 643
8: 2688=2684+4=2684⋅2684 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 359 mod 643
16: 26816=2688+8=2688⋅2688 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 281 mod 643
32: 26832=26816+16=26816⋅26816 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 515 mod 643
64: 26864=26832+32=26832⋅26832 ≡ 515⋅515=265225 ≡ 309 mod 643
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 271127 mod 503.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 127 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 127 an und zerlegen 127 in eine Summer von 2er-Potenzen:
127 = 64+32+16+8+4+2+1
1: 2711=271
2: 2712=2711+1=2711⋅2711 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 3 mod 503
4: 2714=2712+2=2712⋅2712 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 503
8: 2718=2714+4=2714⋅2714 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 503
16: 27116=2718+8=2718⋅2718 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 22 mod 503
32: 27132=27116+16=27116⋅27116 ≡ 22⋅22=484 ≡ 484 mod 503
64: 27164=27132+32=27132⋅27132 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 361 mod 503
271127
= 27164+32+16+8+4+2+1
= 27164⋅27132⋅27116⋅2718⋅2714⋅2712⋅2711
≡ 361 ⋅ 484 ⋅ 22 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503
≡ 174724 ⋅ 22 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503 ≡ 183 ⋅ 22 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503
≡ 4026 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503 ≡ 2 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503
≡ 162 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503
≡ 1458 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503 ≡ 452 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503
≡ 1356 ⋅ 271 mod 503 ≡ 350 ⋅ 271 mod 503
≡ 94850 mod 503 ≡ 286 mod 503
Es gilt also: 271127 ≡ 286 mod 503
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 45
| =>61 | = 1⋅45 + 16 |
| =>45 | = 2⋅16 + 13 |
| =>16 | = 1⋅13 + 3 |
| =>13 | = 4⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,45)=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= 13-4⋅3 | |||
| 3= 16-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -4⋅(16 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅16 +4⋅ 13) = -4⋅16 +5⋅ 13 (=1) |
| 13= 45-2⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅16 +5⋅(45 -2⋅ 16)
= -4⋅16 +5⋅45 -10⋅ 16) = 5⋅45 -14⋅ 16 (=1) |
| 16= 61-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅45 -14⋅(61 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -14⋅61 +14⋅ 45) = -14⋅61 +19⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,45)=1 = -14⋅61 +19⋅45
oder wenn man -14⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +14⋅61 = +19⋅45
Es gilt also: 19⋅45 = 14⋅61 +1
Somit 19⋅45 = 1 mod 61
19 ist also das Inverse von 45 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
