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: (23997 + 298) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23997 + 298) mod 6 ≡ (23997 mod 6 + 298 mod 6) mod 6.
23997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23997
= 24000
298 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 298
= 300
Somit gilt:
(23997 + 298) mod 6 ≡ (3 + 4) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 33) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(58 ⋅ 33) mod 11 ≡ (58 mod 11 ⋅ 33 mod 11) mod 11.
58 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 55 + 3 = 5 ⋅ 11 + 3 ist.
33 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 33 + 0 = 3 ⋅ 11 + 0 ist.
Somit gilt:
(58 ⋅ 33) mod 11 ≡ (3 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 5208 mod 641.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 520 -> 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: 5201=520
2: 5202=5201+1=5201⋅5201 ≡ 520⋅520=270400 ≡ 539 mod 641
4: 5204=5202+2=5202⋅5202 ≡ 539⋅539=290521 ≡ 148 mod 641
8: 5208=5204+4=5204⋅5204 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 110 mod 641
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 420111 mod 509.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 111 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 111 an und zerlegen 111 in eine Summer von 2er-Potenzen:
111 = 64+32+8+4+2+1
1: 4201=420
2: 4202=4201+1=4201⋅4201 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 286 mod 509
4: 4204=4202+2=4202⋅4202 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 356 mod 509
8: 4208=4204+4=4204⋅4204 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 504 mod 509
16: 42016=4208+8=4208⋅4208 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 25 mod 509
32: 42032=42016+16=42016⋅42016 ≡ 25⋅25=625 ≡ 116 mod 509
64: 42064=42032+32=42032⋅42032 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 222 mod 509
420111
= 42064+32+8+4+2+1
= 42064⋅42032⋅4208⋅4204⋅4202⋅4201
≡ 222 ⋅ 116 ⋅ 504 ⋅ 356 ⋅ 286 ⋅ 420 mod 509
≡ 25752 ⋅ 504 ⋅ 356 ⋅ 286 ⋅ 420 mod 509 ≡ 302 ⋅ 504 ⋅ 356 ⋅ 286 ⋅ 420 mod 509
≡ 152208 ⋅ 356 ⋅ 286 ⋅ 420 mod 509 ≡ 17 ⋅ 356 ⋅ 286 ⋅ 420 mod 509
≡ 6052 ⋅ 286 ⋅ 420 mod 509 ≡ 453 ⋅ 286 ⋅ 420 mod 509
≡ 129558 ⋅ 420 mod 509 ≡ 272 ⋅ 420 mod 509
≡ 114240 mod 509 ≡ 224 mod 509
Es gilt also: 420111 ≡ 224 mod 509
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 55.
Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 55
| =>71 | = 1⋅55 + 16 |
| =>55 | = 3⋅16 + 7 |
| =>16 | = 2⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,55)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 16-2⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(16 -2⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅16 +6⋅ 7) = -3⋅16 +7⋅ 7 (=1) |
| 7= 55-3⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅16 +7⋅(55 -3⋅ 16)
= -3⋅16 +7⋅55 -21⋅ 16) = 7⋅55 -24⋅ 16 (=1) |
| 16= 71-1⋅55 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅55 -24⋅(71 -1⋅ 55)
= 7⋅55 -24⋅71 +24⋅ 55) = -24⋅71 +31⋅ 55 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,55)=1 = -24⋅71 +31⋅55
oder wenn man -24⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 +24⋅71 = +31⋅55
Es gilt also: 31⋅55 = 24⋅71 +1
Somit 31⋅55 = 1 mod 71
31 ist also das Inverse von 55 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
