Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (24997 - 201) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(24997 - 201) mod 5 ≡ (24997 mod 5 - 201 mod 5) mod 5.
24997 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24997
= 24000
201 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 201
= 200
Somit gilt:
(24997 - 201) mod 5 ≡ (2 - 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 69) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(53 ⋅ 69) mod 11 ≡ (53 mod 11 ⋅ 69 mod 11) mod 11.
53 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 44 + 9 = 4 ⋅ 11 + 9 ist.
69 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 66 + 3 = 6 ⋅ 11 + 3 ist.
Somit gilt:
(53 ⋅ 69) mod 11 ≡ (9 ⋅ 3) mod 11 ≡ 27 mod 11 ≡ 5 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 240128 mod 421.
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. 240 -> x
2. mod(x²,421) -> 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: 2401=240
2: 2402=2401+1=2401⋅2401 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 344 mod 421
4: 2404=2402+2=2402⋅2402 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 35 mod 421
8: 2408=2404+4=2404⋅2404 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 383 mod 421
16: 24016=2408+8=2408⋅2408 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 181 mod 421
32: 24032=24016+16=24016⋅24016 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 344 mod 421
64: 24064=24032+32=24032⋅24032 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 35 mod 421
128: 240128=24064+64=24064⋅24064 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 383 mod 421
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 265239 mod 607.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 239 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 239 an und zerlegen 239 in eine Summer von 2er-Potenzen:
239 = 128+64+32+8+4+2+1
1: 2651=265
2: 2652=2651+1=2651⋅2651 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 420 mod 607
4: 2654=2652+2=2652⋅2652 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 370 mod 607
8: 2658=2654+4=2654⋅2654 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 325 mod 607
16: 26516=2658+8=2658⋅2658 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 7 mod 607
32: 26532=26516+16=26516⋅26516 ≡ 7⋅7=49 ≡ 49 mod 607
64: 26564=26532+32=26532⋅26532 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 580 mod 607
128: 265128=26564+64=26564⋅26564 ≡ 580⋅580=336400 ≡ 122 mod 607
265239
= 265128+64+32+8+4+2+1
= 265128⋅26564⋅26532⋅2658⋅2654⋅2652⋅2651
≡ 122 ⋅ 580 ⋅ 49 ⋅ 325 ⋅ 370 ⋅ 420 ⋅ 265 mod 607
≡ 70760 ⋅ 49 ⋅ 325 ⋅ 370 ⋅ 420 ⋅ 265 mod 607 ≡ 348 ⋅ 49 ⋅ 325 ⋅ 370 ⋅ 420 ⋅ 265 mod 607
≡ 17052 ⋅ 325 ⋅ 370 ⋅ 420 ⋅ 265 mod 607 ≡ 56 ⋅ 325 ⋅ 370 ⋅ 420 ⋅ 265 mod 607
≡ 18200 ⋅ 370 ⋅ 420 ⋅ 265 mod 607 ≡ 597 ⋅ 370 ⋅ 420 ⋅ 265 mod 607
≡ 220890 ⋅ 420 ⋅ 265 mod 607 ≡ 549 ⋅ 420 ⋅ 265 mod 607
≡ 230580 ⋅ 265 mod 607 ≡ 527 ⋅ 265 mod 607
≡ 139655 mod 607 ≡ 45 mod 607
Es gilt also: 265239 ≡ 45 mod 607
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 70.
Also bestimme x, so dass 70 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 70
| =>101 | = 1⋅70 + 31 |
| =>70 | = 2⋅31 + 8 |
| =>31 | = 3⋅8 + 7 |
| =>8 | = 1⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,70)=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= 8-1⋅7 | |||
| 7= 31-3⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅8 -1⋅(31 -3⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅31 +3⋅ 8) = -1⋅31 +4⋅ 8 (=1) |
| 8= 70-2⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅31 +4⋅(70 -2⋅ 31)
= -1⋅31 +4⋅70 -8⋅ 31) = 4⋅70 -9⋅ 31 (=1) |
| 31= 101-1⋅70 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅70 -9⋅(101 -1⋅ 70)
= 4⋅70 -9⋅101 +9⋅ 70) = -9⋅101 +13⋅ 70 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,70)=1 = -9⋅101 +13⋅70
oder wenn man -9⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅101 = +13⋅70
Es gilt also: 13⋅70 = 9⋅101 +1
Somit 13⋅70 = 1 mod 101
13 ist also das Inverse von 70 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
