Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (39995 - 324) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(39995 - 324) mod 8 ≡ (39995 mod 8 - 324 mod 8) mod 8.
39995 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39995
= 39000
324 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 324
= 320
Somit gilt:
(39995 - 324) mod 8 ≡ (3 - 4) mod 8 ≡ -1 mod 8 ≡ 7 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (76 ⋅ 81) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(76 ⋅ 81) mod 5 ≡ (76 mod 5 ⋅ 81 mod 5) mod 5.
76 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 75 + 1 = 15 ⋅ 5 + 1 ist.
81 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 80 + 1 = 16 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(76 ⋅ 81) mod 5 ≡ (1 ⋅ 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 205128 mod 659.
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. 205 -> x
2. mod(x²,659) -> 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: 2051=205
2: 2052=2051+1=2051⋅2051 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 508 mod 659
4: 2054=2052+2=2052⋅2052 ≡ 508⋅508=258064 ≡ 395 mod 659
8: 2058=2054+4=2054⋅2054 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 501 mod 659
16: 20516=2058+8=2058⋅2058 ≡ 501⋅501=251001 ≡ 581 mod 659
32: 20532=20516+16=20516⋅20516 ≡ 581⋅581=337561 ≡ 153 mod 659
64: 20564=20532+32=20532⋅20532 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 344 mod 659
128: 205128=20564+64=20564⋅20564 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 375 mod 659
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 47490 mod 653.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 90 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 90 an und zerlegen 90 in eine Summer von 2er-Potenzen:
90 = 64+16+8+2
1: 4741=474
2: 4742=4741+1=4741⋅4741 ≡ 474⋅474=224676 ≡ 44 mod 653
4: 4744=4742+2=4742⋅4742 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 630 mod 653
8: 4748=4744+4=4744⋅4744 ≡ 630⋅630=396900 ≡ 529 mod 653
16: 47416=4748+8=4748⋅4748 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 357 mod 653
32: 47432=47416+16=47416⋅47416 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 114 mod 653
64: 47464=47432+32=47432⋅47432 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 589 mod 653
47490
= 47464+16+8+2
= 47464⋅47416⋅4748⋅4742
≡ 589 ⋅ 357 ⋅ 529 ⋅ 44 mod 653
≡ 210273 ⋅ 529 ⋅ 44 mod 653 ≡ 7 ⋅ 529 ⋅ 44 mod 653
≡ 3703 ⋅ 44 mod 653 ≡ 438 ⋅ 44 mod 653
≡ 19272 mod 653 ≡ 335 mod 653
Es gilt also: 47490 ≡ 335 mod 653
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 41.
Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 41
| =>79 | = 1⋅41 + 38 |
| =>41 | = 1⋅38 + 3 |
| =>38 | = 12⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,41)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 38-12⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(38 -12⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅38 +12⋅ 3) = -1⋅38 +13⋅ 3 (=1) |
| 3= 41-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅38 +13⋅(41 -1⋅ 38)
= -1⋅38 +13⋅41 -13⋅ 38) = 13⋅41 -14⋅ 38 (=1) |
| 38= 79-1⋅41 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅41 -14⋅(79 -1⋅ 41)
= 13⋅41 -14⋅79 +14⋅ 41) = -14⋅79 +27⋅ 41 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,41)=1 = -14⋅79 +27⋅41
oder wenn man -14⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +14⋅79 = +27⋅41
Es gilt also: 27⋅41 = 14⋅79 +1
Somit 27⋅41 = 1 mod 79
27 ist also das Inverse von 41 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
