Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (27994 - 7002) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(27994 - 7002) mod 7 ≡ (27994 mod 7 - 7002 mod 7) mod 7.
27994 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27994
= 28000
7002 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7002
= 7000
Somit gilt:
(27994 - 7002) mod 7 ≡ (1 - 2) mod 7 ≡ -1 mod 7 ≡ 6 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (28 ⋅ 52) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(28 ⋅ 52) mod 10 ≡ (28 mod 10 ⋅ 52 mod 10) mod 10.
28 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 20 + 8 = 2 ⋅ 10 + 8 ist.
52 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 50 + 2 = 5 ⋅ 10 + 2 ist.
Somit gilt:
(28 ⋅ 52) mod 10 ≡ (8 ⋅ 2) mod 10 ≡ 16 mod 10 ≡ 6 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 289128 mod 631.
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. 289 -> x
2. mod(x²,631) -> 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: 2891=289
2: 2892=2891+1=2891⋅2891 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 229 mod 631
4: 2894=2892+2=2892⋅2892 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 68 mod 631
8: 2898=2894+4=2894⋅2894 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 207 mod 631
16: 28916=2898+8=2898⋅2898 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 572 mod 631
32: 28932=28916+16=28916⋅28916 ≡ 572⋅572=327184 ≡ 326 mod 631
64: 28964=28932+32=28932⋅28932 ≡ 326⋅326=106276 ≡ 268 mod 631
128: 289128=28964+64=28964⋅28964 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 521 mod 631
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 34883 mod 647.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 83 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 83 an und zerlegen 83 in eine Summer von 2er-Potenzen:
83 = 64+16+2+1
1: 3481=348
2: 3482=3481+1=3481⋅3481 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 115 mod 647
4: 3484=3482+2=3482⋅3482 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 285 mod 647
8: 3488=3484+4=3484⋅3484 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 350 mod 647
16: 34816=3488+8=3488⋅3488 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 217 mod 647
32: 34832=34816+16=34816⋅34816 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 505 mod 647
64: 34864=34832+32=34832⋅34832 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 107 mod 647
34883
= 34864+16+2+1
= 34864⋅34816⋅3482⋅3481
≡ 107 ⋅ 217 ⋅ 115 ⋅ 348 mod 647
≡ 23219 ⋅ 115 ⋅ 348 mod 647 ≡ 574 ⋅ 115 ⋅ 348 mod 647
≡ 66010 ⋅ 348 mod 647 ≡ 16 ⋅ 348 mod 647
≡ 5568 mod 647 ≡ 392 mod 647
Es gilt also: 34883 ≡ 392 mod 647
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 56.
Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 56
| =>59 | = 1⋅56 + 3 |
| =>56 | = 18⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,56)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 56-18⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(56 -18⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅56 +18⋅ 3) = -1⋅56 +19⋅ 3 (=1) |
| 3= 59-1⋅56 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅56 +19⋅(59 -1⋅ 56)
= -1⋅56 +19⋅59 -19⋅ 56) = 19⋅59 -20⋅ 56 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,56)=1 = 19⋅59 -20⋅56
oder wenn man 19⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -19⋅59 = -20⋅56
-20⋅56 = -19⋅59 + 1 |+59⋅56
-20⋅56 + 59⋅56 = -19⋅59 + 59⋅56 + 1
(-20 + 59) ⋅ 56 = (-19 + 56) ⋅ 59 + 1
39⋅56 = 37⋅59 + 1
Es gilt also: 39⋅56 = 37⋅59 +1
Somit 39⋅56 = 1 mod 59
39 ist also das Inverse von 56 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
