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: (799 + 12000) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(799 + 12000) mod 4 ≡ (799 mod 4 + 12000 mod 4) mod 4.
799 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 799
= 700
12000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000
= 12000
Somit gilt:
(799 + 12000) mod 4 ≡ (3 + 0) mod 4 ≡ 3 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (37 ⋅ 54) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(37 ⋅ 54) mod 4 ≡ (37 mod 4 ⋅ 54 mod 4) mod 4.
37 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 9 ⋅ 4 + 1 ist.
54 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 52 + 2 = 13 ⋅ 4 + 2 ist.
Somit gilt:
(37 ⋅ 54) mod 4 ≡ (1 ⋅ 2) mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 735128 mod 977.
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. 735 -> x
2. mod(x²,977) -> 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: 7351=735
2: 7352=7351+1=7351⋅7351 ≡ 735⋅735=540225 ≡ 921 mod 977
4: 7354=7352+2=7352⋅7352 ≡ 921⋅921=848241 ≡ 205 mod 977
8: 7358=7354+4=7354⋅7354 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 14 mod 977
16: 73516=7358+8=7358⋅7358 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 977
32: 73532=73516+16=73516⋅73516 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 313 mod 977
64: 73564=73532+32=73532⋅73532 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 269 mod 977
128: 735128=73564+64=73564⋅73564 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 63 mod 977
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 331254 mod 677.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 254 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 254 an und zerlegen 254 in eine Summer von 2er-Potenzen:
254 = 128+64+32+16+8+4+2
1: 3311=331
2: 3312=3311+1=3311⋅3311 ≡ 331⋅331=109561 ≡ 564 mod 677
4: 3314=3312+2=3312⋅3312 ≡ 564⋅564=318096 ≡ 583 mod 677
8: 3318=3314+4=3314⋅3314 ≡ 583⋅583=339889 ≡ 35 mod 677
16: 33116=3318+8=3318⋅3318 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 548 mod 677
32: 33132=33116+16=33116⋅33116 ≡ 548⋅548=300304 ≡ 393 mod 677
64: 33164=33132+32=33132⋅33132 ≡ 393⋅393=154449 ≡ 93 mod 677
128: 331128=33164+64=33164⋅33164 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 525 mod 677
331254
= 331128+64+32+16+8+4+2
= 331128⋅33164⋅33132⋅33116⋅3318⋅3314⋅3312
≡ 525 ⋅ 93 ⋅ 393 ⋅ 548 ⋅ 35 ⋅ 583 ⋅ 564 mod 677
≡ 48825 ⋅ 393 ⋅ 548 ⋅ 35 ⋅ 583 ⋅ 564 mod 677 ≡ 81 ⋅ 393 ⋅ 548 ⋅ 35 ⋅ 583 ⋅ 564 mod 677
≡ 31833 ⋅ 548 ⋅ 35 ⋅ 583 ⋅ 564 mod 677 ≡ 14 ⋅ 548 ⋅ 35 ⋅ 583 ⋅ 564 mod 677
≡ 7672 ⋅ 35 ⋅ 583 ⋅ 564 mod 677 ≡ 225 ⋅ 35 ⋅ 583 ⋅ 564 mod 677
≡ 7875 ⋅ 583 ⋅ 564 mod 677 ≡ 428 ⋅ 583 ⋅ 564 mod 677
≡ 249524 ⋅ 564 mod 677 ≡ 388 ⋅ 564 mod 677
≡ 218832 mod 677 ≡ 161 mod 677
Es gilt also: 331254 ≡ 161 mod 677
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 77.
Also bestimme x, so dass 77 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 77
| =>89 | = 1⋅77 + 12 |
| =>77 | = 6⋅12 + 5 |
| =>12 | = 2⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,77)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 12-2⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5) = -2⋅12 +5⋅ 5 (=1) |
| 5= 77-6⋅12 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅12 +5⋅(77 -6⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅77 -30⋅ 12) = 5⋅77 -32⋅ 12 (=1) |
| 12= 89-1⋅77 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅77 -32⋅(89 -1⋅ 77)
= 5⋅77 -32⋅89 +32⋅ 77) = -32⋅89 +37⋅ 77 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,77)=1 = -32⋅89 +37⋅77
oder wenn man -32⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +32⋅89 = +37⋅77
Es gilt also: 37⋅77 = 32⋅89 +1
Somit 37⋅77 = 1 mod 89
37 ist also das Inverse von 77 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
