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: (8003 - 4000) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(8003 - 4000) mod 4 ≡ (8003 mod 4 - 4000 mod 4) mod 4.
8003 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8003
= 8000
4000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4000
= 4000
Somit gilt:
(8003 - 4000) mod 4 ≡ (3 - 0) mod 4 ≡ 3 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (29 ⋅ 92) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(29 ⋅ 92) mod 9 ≡ (29 mod 9 ⋅ 92 mod 9) mod 9.
29 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 27 + 2 = 3 ⋅ 9 + 2 ist.
92 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 90 + 2 = 10 ⋅ 9 + 2 ist.
Somit gilt:
(29 ⋅ 92) mod 9 ≡ (2 ⋅ 2) mod 9 ≡ 4 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 204128 mod 433.
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. 204 -> x
2. mod(x²,433) -> 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: 2041=204
2: 2042=2041+1=2041⋅2041 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 48 mod 433
4: 2044=2042+2=2042⋅2042 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 139 mod 433
8: 2048=2044+4=2044⋅2044 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 269 mod 433
16: 20416=2048+8=2048⋅2048 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 50 mod 433
32: 20432=20416+16=20416⋅20416 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 335 mod 433
64: 20464=20432+32=20432⋅20432 ≡ 335⋅335=112225 ≡ 78 mod 433
128: 204128=20464+64=20464⋅20464 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 22 mod 433
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 497217 mod 701.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 217 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 217 an und zerlegen 217 in eine Summer von 2er-Potenzen:
217 = 128+64+16+8+1
1: 4971=497
2: 4972=4971+1=4971⋅4971 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 257 mod 701
4: 4974=4972+2=4972⋅4972 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 155 mod 701
8: 4978=4974+4=4974⋅4974 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 191 mod 701
16: 49716=4978+8=4978⋅4978 ≡ 191⋅191=36481 ≡ 29 mod 701
32: 49732=49716+16=49716⋅49716 ≡ 29⋅29=841 ≡ 140 mod 701
64: 49764=49732+32=49732⋅49732 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 673 mod 701
128: 497128=49764+64=49764⋅49764 ≡ 673⋅673=452929 ≡ 83 mod 701
497217
= 497128+64+16+8+1
= 497128⋅49764⋅49716⋅4978⋅4971
≡ 83 ⋅ 673 ⋅ 29 ⋅ 191 ⋅ 497 mod 701
≡ 55859 ⋅ 29 ⋅ 191 ⋅ 497 mod 701 ≡ 480 ⋅ 29 ⋅ 191 ⋅ 497 mod 701
≡ 13920 ⋅ 191 ⋅ 497 mod 701 ≡ 601 ⋅ 191 ⋅ 497 mod 701
≡ 114791 ⋅ 497 mod 701 ≡ 528 ⋅ 497 mod 701
≡ 262416 mod 701 ≡ 242 mod 701
Es gilt also: 497217 ≡ 242 mod 701
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 22.
Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 22
| =>53 | = 2⋅22 + 9 |
| =>22 | = 2⋅9 + 4 |
| =>9 | = 2⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,22)=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= 9-2⋅4 | |||
| 4= 22-2⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -2⋅(22 -2⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅22 +4⋅ 9) = -2⋅22 +5⋅ 9 (=1) |
| 9= 53-2⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅22 +5⋅(53 -2⋅ 22)
= -2⋅22 +5⋅53 -10⋅ 22) = 5⋅53 -12⋅ 22 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,22)=1 = 5⋅53 -12⋅22
oder wenn man 5⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅53 = -12⋅22
-12⋅22 = -5⋅53 + 1 |+53⋅22
-12⋅22 + 53⋅22 = -5⋅53 + 53⋅22 + 1
(-12 + 53) ⋅ 22 = (-5 + 22) ⋅ 53 + 1
41⋅22 = 17⋅53 + 1
Es gilt also: 41⋅22 = 17⋅53 +1
Somit 41⋅22 = 1 mod 53
41 ist also das Inverse von 22 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
