Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (10005 - 5001) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(10005 - 5001) mod 5 ≡ (10005 mod 5 - 5001 mod 5) mod 5.
10005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 10005
= 10000
5001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5001
= 5000
Somit gilt:
(10005 - 5001) mod 5 ≡ (0 - 1) mod 5 ≡ -1 mod 5 ≡ 4 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 58) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15 ⋅ 58) mod 3 ≡ (15 mod 3 ⋅ 58 mod 3) mod 3.
15 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 15 + 0 = 5 ⋅ 3 + 0 ist.
58 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 57 + 1 = 19 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(15 ⋅ 58) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 261128 mod 443.
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. 261 -> x
2. mod(x²,443) -> 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: 2611=261
2: 2612=2611+1=2611⋅2611 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 342 mod 443
4: 2614=2612+2=2612⋅2612 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 12 mod 443
8: 2618=2614+4=2614⋅2614 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 443
16: 26116=2618+8=2618⋅2618 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 358 mod 443
32: 26132=26116+16=26116⋅26116 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 137 mod 443
64: 26164=26132+32=26132⋅26132 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 163 mod 443
128: 261128=26164+64=26164⋅26164 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 432 mod 443
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 121234 mod 223.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 234 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 234 an und zerlegen 234 in eine Summer von 2er-Potenzen:
234 = 128+64+32+8+2
1: 1211=121
2: 1212=1211+1=1211⋅1211 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 146 mod 223
4: 1214=1212+2=1212⋅1212 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 131 mod 223
8: 1218=1214+4=1214⋅1214 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 213 mod 223
16: 12116=1218+8=1218⋅1218 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 100 mod 223
32: 12132=12116+16=12116⋅12116 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 188 mod 223
64: 12164=12132+32=12132⋅12132 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 110 mod 223
128: 121128=12164+64=12164⋅12164 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 58 mod 223
121234
= 121128+64+32+8+2
= 121128⋅12164⋅12132⋅1218⋅1212
≡ 58 ⋅ 110 ⋅ 188 ⋅ 213 ⋅ 146 mod 223
≡ 6380 ⋅ 188 ⋅ 213 ⋅ 146 mod 223 ≡ 136 ⋅ 188 ⋅ 213 ⋅ 146 mod 223
≡ 25568 ⋅ 213 ⋅ 146 mod 223 ≡ 146 ⋅ 213 ⋅ 146 mod 223
≡ 31098 ⋅ 146 mod 223 ≡ 101 ⋅ 146 mod 223
≡ 14746 mod 223 ≡ 28 mod 223
Es gilt also: 121234 ≡ 28 mod 223
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 44.
Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 44
| =>73 | = 1⋅44 + 29 |
| =>44 | = 1⋅29 + 15 |
| =>29 | = 1⋅15 + 14 |
| =>15 | = 1⋅14 + 1 |
| =>14 | = 14⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,44)=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= 15-1⋅14 | |||
| 14= 29-1⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -1⋅(29 -1⋅ 15)
= 1⋅15 -1⋅29 +1⋅ 15) = -1⋅29 +2⋅ 15 (=1) |
| 15= 44-1⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅29 +2⋅(44 -1⋅ 29)
= -1⋅29 +2⋅44 -2⋅ 29) = 2⋅44 -3⋅ 29 (=1) |
| 29= 73-1⋅44 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅44 -3⋅(73 -1⋅ 44)
= 2⋅44 -3⋅73 +3⋅ 44) = -3⋅73 +5⋅ 44 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,44)=1 = -3⋅73 +5⋅44
oder wenn man -3⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +3⋅73 = +5⋅44
Es gilt also: 5⋅44 = 3⋅73 +1
Somit 5⋅44 = 1 mod 73
5 ist also das Inverse von 44 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
