Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (299 - 6001) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(299 - 6001) mod 3 ≡ (299 mod 3 - 6001 mod 3) mod 3.
299 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 299
= 300
6001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6001
= 6000
Somit gilt:
(299 - 6001) mod 3 ≡ (2 - 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 15) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(52 ⋅ 15) mod 7 ≡ (52 mod 7 ⋅ 15 mod 7) mod 7.
52 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 49 + 3 = 7 ⋅ 7 + 3 ist.
15 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 14 + 1 = 2 ⋅ 7 + 1 ist.
Somit gilt:
(52 ⋅ 15) mod 7 ≡ (3 ⋅ 1) mod 7 ≡ 3 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 217128 mod 509.
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. 217 -> x
2. mod(x²,509) -> 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: 2171=217
2: 2172=2171+1=2171⋅2171 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 261 mod 509
4: 2174=2172+2=2172⋅2172 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 424 mod 509
8: 2178=2174+4=2174⋅2174 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 99 mod 509
16: 21716=2178+8=2178⋅2178 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 130 mod 509
32: 21732=21716+16=21716⋅21716 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 103 mod 509
64: 21764=21732+32=21732⋅21732 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 429 mod 509
128: 217128=21764+64=21764⋅21764 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 292 mod 509
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 442103 mod 509.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 103 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 103 an und zerlegen 103 in eine Summer von 2er-Potenzen:
103 = 64+32+4+2+1
1: 4421=442
2: 4422=4421+1=4421⋅4421 ≡ 442⋅442=195364 ≡ 417 mod 509
4: 4424=4422+2=4422⋅4422 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 320 mod 509
8: 4428=4424+4=4424⋅4424 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 91 mod 509
16: 44216=4428+8=4428⋅4428 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 137 mod 509
32: 44232=44216+16=44216⋅44216 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 445 mod 509
64: 44264=44232+32=44232⋅44232 ≡ 445⋅445=198025 ≡ 24 mod 509
442103
= 44264+32+4+2+1
= 44264⋅44232⋅4424⋅4422⋅4421
≡ 24 ⋅ 445 ⋅ 320 ⋅ 417 ⋅ 442 mod 509
≡ 10680 ⋅ 320 ⋅ 417 ⋅ 442 mod 509 ≡ 500 ⋅ 320 ⋅ 417 ⋅ 442 mod 509
≡ 160000 ⋅ 417 ⋅ 442 mod 509 ≡ 174 ⋅ 417 ⋅ 442 mod 509
≡ 72558 ⋅ 442 mod 509 ≡ 280 ⋅ 442 mod 509
≡ 123760 mod 509 ≡ 73 mod 509
Es gilt also: 442103 ≡ 73 mod 509
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 39.
Also bestimme x, so dass 39 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 39
| =>59 | = 1⋅39 + 20 |
| =>39 | = 1⋅20 + 19 |
| =>20 | = 1⋅19 + 1 |
| =>19 | = 19⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,39)=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= 20-1⋅19 | |||
| 19= 39-1⋅20 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅20 -1⋅(39 -1⋅ 20)
= 1⋅20 -1⋅39 +1⋅ 20) = -1⋅39 +2⋅ 20 (=1) |
| 20= 59-1⋅39 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅39 +2⋅(59 -1⋅ 39)
= -1⋅39 +2⋅59 -2⋅ 39) = 2⋅59 -3⋅ 39 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,39)=1 = 2⋅59 -3⋅39
oder wenn man 2⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅59 = -3⋅39
-3⋅39 = -2⋅59 + 1 |+59⋅39
-3⋅39 + 59⋅39 = -2⋅59 + 59⋅39 + 1
(-3 + 59) ⋅ 39 = (-2 + 39) ⋅ 59 + 1
56⋅39 = 37⋅59 + 1
Es gilt also: 56⋅39 = 37⋅59 +1
Somit 56⋅39 = 1 mod 59
56 ist also das Inverse von 39 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
