Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (12000 + 11997) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(12000 + 11997) mod 6 ≡ (12000 mod 6 + 11997 mod 6) mod 6.
12000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000
= 12000
11997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11997
= 12000
Somit gilt:
(12000 + 11997) mod 6 ≡ (0 + 3) mod 6 ≡ 3 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (56 ⋅ 85) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(56 ⋅ 85) mod 5 ≡ (56 mod 5 ⋅ 85 mod 5) mod 5.
56 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 55 + 1 = 11 ⋅ 5 + 1 ist.
85 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 85 + 0 = 17 ⋅ 5 + 0 ist.
Somit gilt:
(56 ⋅ 85) mod 5 ≡ (1 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 61364 mod 641.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 613 -> x
2. mod(x²,641) -> 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: 6131=613
2: 6132=6131+1=6131⋅6131 ≡ 613⋅613=375769 ≡ 143 mod 641
4: 6134=6132+2=6132⋅6132 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 578 mod 641
8: 6138=6134+4=6134⋅6134 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 123 mod 641
16: 61316=6138+8=6138⋅6138 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 386 mod 641
32: 61332=61316+16=61316⋅61316 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 284 mod 641
64: 61364=61332+32=61332⋅61332 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 531 mod 641
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 183251 mod 491.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 251 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 251 an und zerlegen 251 in eine Summer von 2er-Potenzen:
251 = 128+64+32+16+8+2+1
1: 1831=183
2: 1832=1831+1=1831⋅1831 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 101 mod 491
4: 1834=1832+2=1832⋅1832 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 381 mod 491
8: 1838=1834+4=1834⋅1834 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 316 mod 491
16: 18316=1838+8=1838⋅1838 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 183 mod 491
32: 18332=18316+16=18316⋅18316 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 101 mod 491
64: 18364=18332+32=18332⋅18332 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 381 mod 491
128: 183128=18364+64=18364⋅18364 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 316 mod 491
183251
= 183128+64+32+16+8+2+1
= 183128⋅18364⋅18332⋅18316⋅1838⋅1832⋅1831
≡ 316 ⋅ 381 ⋅ 101 ⋅ 183 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491
≡ 120396 ⋅ 101 ⋅ 183 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491 ≡ 101 ⋅ 101 ⋅ 183 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491
≡ 10201 ⋅ 183 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491 ≡ 381 ⋅ 183 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491
≡ 69723 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491 ≡ 1 ⋅ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491
≡ 316 ⋅ 101 ⋅ 183 mod 491
≡ 31916 ⋅ 183 mod 491 ≡ 1 ⋅ 183 mod 491
≡ 183 mod 491
Es gilt also: 183251 ≡ 183 mod 491
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 70.
Also bestimme x, so dass 70 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 70
| =>89 | = 1⋅70 + 19 |
| =>70 | = 3⋅19 + 13 |
| =>19 | = 1⋅13 + 6 |
| =>13 | = 2⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,70)=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= 13-2⋅6 | |||
| 6= 19-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -2⋅(19 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅19 +2⋅ 13) = -2⋅19 +3⋅ 13 (=1) |
| 13= 70-3⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅19 +3⋅(70 -3⋅ 19)
= -2⋅19 +3⋅70 -9⋅ 19) = 3⋅70 -11⋅ 19 (=1) |
| 19= 89-1⋅70 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅70 -11⋅(89 -1⋅ 70)
= 3⋅70 -11⋅89 +11⋅ 70) = -11⋅89 +14⋅ 70 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,70)=1 = -11⋅89 +14⋅70
oder wenn man -11⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅89 = +14⋅70
Es gilt also: 14⋅70 = 11⋅89 +1
Somit 14⋅70 = 1 mod 89
14 ist also das Inverse von 70 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
