Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (29997 + 64) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(29997 + 64) mod 6 ≡ (29997 mod 6 + 64 mod 6) mod 6.
29997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29997
= 30000
64 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64
= 60
Somit gilt:
(29997 + 64) mod 6 ≡ (3 + 4) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (55 ⋅ 23) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(55 ⋅ 23) mod 6 ≡ (55 mod 6 ⋅ 23 mod 6) mod 6.
55 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 54 + 1 = 9 ⋅ 6 + 1 ist.
23 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 18 + 5 = 3 ⋅ 6 + 5 ist.
Somit gilt:
(55 ⋅ 23) mod 6 ≡ (1 ⋅ 5) mod 6 ≡ 5 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 38732 mod 701.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 387 -> x
2. mod(x²,701) -> 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: 3871=387
2: 3872=3871+1=3871⋅3871 ≡ 387⋅387=149769 ≡ 456 mod 701
4: 3874=3872+2=3872⋅3872 ≡ 456⋅456=207936 ≡ 440 mod 701
8: 3878=3874+4=3874⋅3874 ≡ 440⋅440=193600 ≡ 124 mod 701
16: 38716=3878+8=3878⋅3878 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 655 mod 701
32: 38732=38716+16=38716⋅38716 ≡ 655⋅655=429025 ≡ 13 mod 701
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 140155 mod 211.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 155 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 155 an und zerlegen 155 in eine Summer von 2er-Potenzen:
155 = 128+16+8+2+1
1: 1401=140
2: 1402=1401+1=1401⋅1401 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 188 mod 211
4: 1404=1402+2=1402⋅1402 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 107 mod 211
8: 1408=1404+4=1404⋅1404 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 55 mod 211
16: 14016=1408+8=1408⋅1408 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 71 mod 211
32: 14032=14016+16=14016⋅14016 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 188 mod 211
64: 14064=14032+32=14032⋅14032 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 107 mod 211
128: 140128=14064+64=14064⋅14064 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 55 mod 211
140155
= 140128+16+8+2+1
= 140128⋅14016⋅1408⋅1402⋅1401
≡ 55 ⋅ 71 ⋅ 55 ⋅ 188 ⋅ 140 mod 211
≡ 3905 ⋅ 55 ⋅ 188 ⋅ 140 mod 211 ≡ 107 ⋅ 55 ⋅ 188 ⋅ 140 mod 211
≡ 5885 ⋅ 188 ⋅ 140 mod 211 ≡ 188 ⋅ 188 ⋅ 140 mod 211
≡ 35344 ⋅ 140 mod 211 ≡ 107 ⋅ 140 mod 211
≡ 14980 mod 211 ≡ 210 mod 211
Es gilt also: 140155 ≡ 210 mod 211
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 52.
Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 52
| =>59 | = 1⋅52 + 7 |
| =>52 | = 7⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,52)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 52-7⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(52 -7⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅52 +14⋅ 7) = -2⋅52 +15⋅ 7 (=1) |
| 7= 59-1⋅52 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅52 +15⋅(59 -1⋅ 52)
= -2⋅52 +15⋅59 -15⋅ 52) = 15⋅59 -17⋅ 52 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,52)=1 = 15⋅59 -17⋅52
oder wenn man 15⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -15⋅59 = -17⋅52
-17⋅52 = -15⋅59 + 1 |+59⋅52
-17⋅52 + 59⋅52 = -15⋅59 + 59⋅52 + 1
(-17 + 59) ⋅ 52 = (-15 + 52) ⋅ 59 + 1
42⋅52 = 37⋅59 + 1
Es gilt also: 42⋅52 = 37⋅59 +1
Somit 42⋅52 = 1 mod 59
42 ist also das Inverse von 52 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
