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: (236 - 2404) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(236 - 2404) mod 6 ≡ (236 mod 6 - 2404 mod 6) mod 6.
236 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 236
= 240
2404 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2404
= 2400
Somit gilt:
(236 - 2404) mod 6 ≡ (2 - 4) mod 6 ≡ -2 mod 6 ≡ 4 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 75) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(58 ⋅ 75) mod 4 ≡ (58 mod 4 ⋅ 75 mod 4) mod 4.
58 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 14 ⋅ 4 + 2 ist.
75 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 18 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(58 ⋅ 75) mod 4 ≡ (2 ⋅ 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 32364 mod 827.
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. 323 -> x
2. mod(x²,827) -> 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: 3231=323
2: 3232=3231+1=3231⋅3231 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 127 mod 827
4: 3234=3232+2=3232⋅3232 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 416 mod 827
8: 3238=3234+4=3234⋅3234 ≡ 416⋅416=173056 ≡ 213 mod 827
16: 32316=3238+8=3238⋅3238 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 711 mod 827
32: 32332=32316+16=32316⋅32316 ≡ 711⋅711=505521 ≡ 224 mod 827
64: 32364=32332+32=32332⋅32332 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 556 mod 827
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 268205 mod 769.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 205 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 205 an und zerlegen 205 in eine Summer von 2er-Potenzen:
205 = 128+64+8+4+1
1: 2681=268
2: 2682=2681+1=2681⋅2681 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 307 mod 769
4: 2684=2682+2=2682⋅2682 ≡ 307⋅307=94249 ≡ 431 mod 769
8: 2688=2684+4=2684⋅2684 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 432 mod 769
16: 26816=2688+8=2688⋅2688 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 526 mod 769
32: 26832=26816+16=26816⋅26816 ≡ 526⋅526=276676 ≡ 605 mod 769
64: 26864=26832+32=26832⋅26832 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 750 mod 769
128: 268128=26864+64=26864⋅26864 ≡ 750⋅750=562500 ≡ 361 mod 769
268205
= 268128+64+8+4+1
= 268128⋅26864⋅2688⋅2684⋅2681
≡ 361 ⋅ 750 ⋅ 432 ⋅ 431 ⋅ 268 mod 769
≡ 270750 ⋅ 432 ⋅ 431 ⋅ 268 mod 769 ≡ 62 ⋅ 432 ⋅ 431 ⋅ 268 mod 769
≡ 26784 ⋅ 431 ⋅ 268 mod 769 ≡ 638 ⋅ 431 ⋅ 268 mod 769
≡ 274978 ⋅ 268 mod 769 ≡ 445 ⋅ 268 mod 769
≡ 119260 mod 769 ≡ 65 mod 769
Es gilt also: 268205 ≡ 65 mod 769
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 55.
Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 55
=>97 | = 1⋅55 + 42 |
=>55 | = 1⋅42 + 13 |
=>42 | = 3⋅13 + 3 |
=>13 | = 4⋅3 + 1 |
=>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,55)=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= 13-4⋅3 | |||
3= 42-3⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -4⋅(42 -3⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅42 +12⋅ 13) = -4⋅42 +13⋅ 13 (=1) |
13= 55-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅42 +13⋅(55 -1⋅ 42)
= -4⋅42 +13⋅55 -13⋅ 42) = 13⋅55 -17⋅ 42 (=1) |
42= 97-1⋅55 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅55 -17⋅(97 -1⋅ 55)
= 13⋅55 -17⋅97 +17⋅ 55) = -17⋅97 +30⋅ 55 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,55)=1 = -17⋅97 +30⋅55
oder wenn man -17⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +17⋅97 = +30⋅55
Es gilt also: 30⋅55 = 17⋅97 +1
Somit 30⋅55 = 1 mod 97
30 ist also das Inverse von 55 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.