Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1802 + 85) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1802 + 85) mod 9 ≡ (1802 mod 9 + 85 mod 9) mod 9.
1802 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1802
= 1800
85 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85
= 90
Somit gilt:
(1802 + 85) mod 9 ≡ (2 + 4) mod 9 ≡ 6 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 74) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(73 ⋅ 74) mod 11 ≡ (73 mod 11 ⋅ 74 mod 11) mod 11.
73 mod 11 ≡ 7 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 66 + 7 = 6 ⋅ 11 + 7 ist.
74 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 66 + 8 = 6 ⋅ 11 + 8 ist.
Somit gilt:
(73 ⋅ 74) mod 11 ≡ (7 ⋅ 8) mod 11 ≡ 56 mod 11 ≡ 1 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 342128 mod 673.
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. 342 -> x
2. mod(x²,673) -> 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: 3421=342
2: 3422=3421+1=3421⋅3421 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 535 mod 673
4: 3424=3422+2=3422⋅3422 ≡ 535⋅535=286225 ≡ 200 mod 673
8: 3428=3424+4=3424⋅3424 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 293 mod 673
16: 34216=3428+8=3428⋅3428 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 378 mod 673
32: 34232=34216+16=34216⋅34216 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 208 mod 673
64: 34264=34232+32=34232⋅34232 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 192 mod 673
128: 342128=34264+64=34264⋅34264 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 522 mod 673
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 252245 mod 421.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:
245 = 128+64+32+16+4+1
1: 2521=252
2: 2522=2521+1=2521⋅2521 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 354 mod 421
4: 2524=2522+2=2522⋅2522 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 279 mod 421
8: 2528=2524+4=2524⋅2524 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 377 mod 421
16: 25216=2528+8=2528⋅2528 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 252 mod 421
32: 25232=25216+16=25216⋅25216 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 354 mod 421
64: 25264=25232+32=25232⋅25232 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 279 mod 421
128: 252128=25264+64=25264⋅25264 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 377 mod 421
252245
= 252128+64+32+16+4+1
= 252128⋅25264⋅25232⋅25216⋅2524⋅2521
≡ 377 ⋅ 279 ⋅ 354 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421
≡ 105183 ⋅ 354 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421 ≡ 354 ⋅ 354 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421
≡ 125316 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421 ≡ 279 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421
≡ 70308 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421 ≡ 1 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421
≡ 279 ⋅ 252 mod 421
≡ 70308 mod 421 ≡ 1 mod 421
Es gilt also: 252245 ≡ 1 mod 421
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 47
| =>71 | = 1⋅47 + 24 |
| =>47 | = 1⋅24 + 23 |
| =>24 | = 1⋅23 + 1 |
| =>23 | = 23⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,47)=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= 24-1⋅23 | |||
| 23= 47-1⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅24 -1⋅(47 -1⋅ 24)
= 1⋅24 -1⋅47 +1⋅ 24) = -1⋅47 +2⋅ 24 (=1) |
| 24= 71-1⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅47 +2⋅(71 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +2⋅71 -2⋅ 47) = 2⋅71 -3⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,47)=1 = 2⋅71 -3⋅47
oder wenn man 2⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅71 = -3⋅47
-3⋅47 = -2⋅71 + 1 |+71⋅47
-3⋅47 + 71⋅47 = -2⋅71 + 71⋅47 + 1
(-3 + 71) ⋅ 47 = (-2 + 47) ⋅ 71 + 1
68⋅47 = 45⋅71 + 1
Es gilt also: 68⋅47 = 45⋅71 +1
Somit 68⋅47 = 1 mod 71
68 ist also das Inverse von 47 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
