Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1200 + 8997) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1200 + 8997) mod 3 ≡ (1200 mod 3 + 8997 mod 3) mod 3.
1200 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200
= 1200
8997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8997
= 9000
Somit gilt:
(1200 + 8997) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 29) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(21 ⋅ 29) mod 8 ≡ (21 mod 8 ⋅ 29 mod 8) mod 8.
21 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 16 + 5 = 2 ⋅ 8 + 5 ist.
29 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 24 + 5 = 3 ⋅ 8 + 5 ist.
Somit gilt:
(21 ⋅ 29) mod 8 ≡ (5 ⋅ 5) mod 8 ≡ 25 mod 8 ≡ 1 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 143128 mod 227.
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. 143 -> x
2. mod(x²,227) -> 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: 1431=143
2: 1432=1431+1=1431⋅1431 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 19 mod 227
4: 1434=1432+2=1432⋅1432 ≡ 19⋅19=361 ≡ 134 mod 227
8: 1438=1434+4=1434⋅1434 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 23 mod 227
16: 14316=1438+8=1438⋅1438 ≡ 23⋅23=529 ≡ 75 mod 227
32: 14332=14316+16=14316⋅14316 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 177 mod 227
64: 14364=14332+32=14332⋅14332 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 3 mod 227
128: 143128=14364+64=14364⋅14364 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 227
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 258217 mod 647.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 217 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 217 an und zerlegen 217 in eine Summer von 2er-Potenzen:
217 = 128+64+16+8+1
1: 2581=258
2: 2582=2581+1=2581⋅2581 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 570 mod 647
4: 2584=2582+2=2582⋅2582 ≡ 570⋅570=324900 ≡ 106 mod 647
8: 2588=2584+4=2584⋅2584 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 237 mod 647
16: 25816=2588+8=2588⋅2588 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 527 mod 647
32: 25832=25816+16=25816⋅25816 ≡ 527⋅527=277729 ≡ 166 mod 647
64: 25864=25832+32=25832⋅25832 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 382 mod 647
128: 258128=25864+64=25864⋅25864 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 349 mod 647
258217
= 258128+64+16+8+1
= 258128⋅25864⋅25816⋅2588⋅2581
≡ 349 ⋅ 382 ⋅ 527 ⋅ 237 ⋅ 258 mod 647
≡ 133318 ⋅ 527 ⋅ 237 ⋅ 258 mod 647 ≡ 36 ⋅ 527 ⋅ 237 ⋅ 258 mod 647
≡ 18972 ⋅ 237 ⋅ 258 mod 647 ≡ 209 ⋅ 237 ⋅ 258 mod 647
≡ 49533 ⋅ 258 mod 647 ≡ 361 ⋅ 258 mod 647
≡ 93138 mod 647 ≡ 617 mod 647
Es gilt also: 258217 ≡ 617 mod 647
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 47
| =>73 | = 1⋅47 + 26 |
| =>47 | = 1⋅26 + 21 |
| =>26 | = 1⋅21 + 5 |
| =>21 | = 4⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,47)=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= 21-4⋅5 | |||
| 5= 26-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -4⋅(26 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -4⋅26 +4⋅ 21) = -4⋅26 +5⋅ 21 (=1) |
| 21= 47-1⋅26 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅26 +5⋅(47 -1⋅ 26)
= -4⋅26 +5⋅47 -5⋅ 26) = 5⋅47 -9⋅ 26 (=1) |
| 26= 73-1⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅47 -9⋅(73 -1⋅ 47)
= 5⋅47 -9⋅73 +9⋅ 47) = -9⋅73 +14⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,47)=1 = -9⋅73 +14⋅47
oder wenn man -9⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅73 = +14⋅47
Es gilt also: 14⋅47 = 9⋅73 +1
Somit 14⋅47 = 1 mod 73
14 ist also das Inverse von 47 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
