Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (13998 + 136) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(13998 + 136) mod 7 ≡ (13998 mod 7 + 136 mod 7) mod 7.
13998 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 13998
= 14000
136 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 136
= 140
Somit gilt:
(13998 + 136) mod 7 ≡ (5 + 3) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (64 ⋅ 49) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(64 ⋅ 49) mod 3 ≡ (64 mod 3 ⋅ 49 mod 3) mod 3.
64 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 63 + 1 = 21 ⋅ 3 + 1 ist.
49 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 48 + 1 = 16 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(64 ⋅ 49) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 170128 mod 331.
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. 170 -> x
2. mod(x²,331) -> 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: 1701=170
2: 1702=1701+1=1701⋅1701 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 103 mod 331
4: 1704=1702+2=1702⋅1702 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 17 mod 331
8: 1708=1704+4=1704⋅1704 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 331
16: 17016=1708+8=1708⋅1708 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 109 mod 331
32: 17032=17016+16=17016⋅17016 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 296 mod 331
64: 17064=17032+32=17032⋅17032 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 232 mod 331
128: 170128=17064+64=17064⋅17064 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 202 mod 331
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 772214 mod 863.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 214 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 214 an und zerlegen 214 in eine Summer von 2er-Potenzen:
214 = 128+64+16+4+2
1: 7721=772
2: 7722=7721+1=7721⋅7721 ≡ 772⋅772=595984 ≡ 514 mod 863
4: 7724=7722+2=7722⋅7722 ≡ 514⋅514=264196 ≡ 118 mod 863
8: 7728=7724+4=7724⋅7724 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 116 mod 863
16: 77216=7728+8=7728⋅7728 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 511 mod 863
32: 77232=77216+16=77216⋅77216 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 495 mod 863
64: 77264=77232+32=77232⋅77232 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 796 mod 863
128: 772128=77264+64=77264⋅77264 ≡ 796⋅796=633616 ≡ 174 mod 863
772214
= 772128+64+16+4+2
= 772128⋅77264⋅77216⋅7724⋅7722
≡ 174 ⋅ 796 ⋅ 511 ⋅ 118 ⋅ 514 mod 863
≡ 138504 ⋅ 511 ⋅ 118 ⋅ 514 mod 863 ≡ 424 ⋅ 511 ⋅ 118 ⋅ 514 mod 863
≡ 216664 ⋅ 118 ⋅ 514 mod 863 ≡ 51 ⋅ 118 ⋅ 514 mod 863
≡ 6018 ⋅ 514 mod 863 ≡ 840 ⋅ 514 mod 863
≡ 431760 mod 863 ≡ 260 mod 863
Es gilt also: 772214 ≡ 260 mod 863
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 27.
Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 27
| =>89 | = 3⋅27 + 8 |
| =>27 | = 3⋅8 + 3 |
| =>8 | = 2⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,27)=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= 8-2⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3) = -1⋅8 +3⋅ 3 (=1) |
| 3= 27-3⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅8 +3⋅(27 -3⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅27 -9⋅ 8) = 3⋅27 -10⋅ 8 (=1) |
| 8= 89-3⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅27 -10⋅(89 -3⋅ 27)
= 3⋅27 -10⋅89 +30⋅ 27) = -10⋅89 +33⋅ 27 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,27)=1 = -10⋅89 +33⋅27
oder wenn man -10⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +10⋅89 = +33⋅27
Es gilt also: 33⋅27 = 10⋅89 +1
Somit 33⋅27 = 1 mod 89
33 ist also das Inverse von 27 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
