Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1599 + 2400) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1599 + 2400) mod 8 ≡ (1599 mod 8 + 2400 mod 8) mod 8.
1599 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1599
= 1600
2400 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2400
= 2400
Somit gilt:
(1599 + 2400) mod 8 ≡ (7 + 0) mod 8 ≡ 7 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (97 ⋅ 90) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(97 ⋅ 90) mod 5 ≡ (97 mod 5 ⋅ 90 mod 5) mod 5.
97 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 95 + 2 = 19 ⋅ 5 + 2 ist.
90 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 90 + 0 = 18 ⋅ 5 + 0 ist.
Somit gilt:
(97 ⋅ 90) mod 5 ≡ (2 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 49832 mod 967.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 498 -> x
2. mod(x²,967) -> 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: 4981=498
2: 4982=4981+1=4981⋅4981 ≡ 498⋅498=248004 ≡ 452 mod 967
4: 4984=4982+2=4982⋅4982 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 267 mod 967
8: 4988=4984+4=4984⋅4984 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 698 mod 967
16: 49816=4988+8=4988⋅4988 ≡ 698⋅698=487204 ≡ 803 mod 967
32: 49832=49816+16=49816⋅49816 ≡ 803⋅803=644809 ≡ 787 mod 967
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 435186 mod 661.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 186 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 186 an und zerlegen 186 in eine Summer von 2er-Potenzen:
186 = 128+32+16+8+2
1: 4351=435
2: 4352=4351+1=4351⋅4351 ≡ 435⋅435=189225 ≡ 179 mod 661
4: 4354=4352+2=4352⋅4352 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 313 mod 661
8: 4358=4354+4=4354⋅4354 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 141 mod 661
16: 43516=4358+8=4358⋅4358 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 51 mod 661
32: 43532=43516+16=43516⋅43516 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 618 mod 661
64: 43564=43532+32=43532⋅43532 ≡ 618⋅618=381924 ≡ 527 mod 661
128: 435128=43564+64=43564⋅43564 ≡ 527⋅527=277729 ≡ 109 mod 661
435186
= 435128+32+16+8+2
= 435128⋅43532⋅43516⋅4358⋅4352
≡ 109 ⋅ 618 ⋅ 51 ⋅ 141 ⋅ 179 mod 661
≡ 67362 ⋅ 51 ⋅ 141 ⋅ 179 mod 661 ≡ 601 ⋅ 51 ⋅ 141 ⋅ 179 mod 661
≡ 30651 ⋅ 141 ⋅ 179 mod 661 ≡ 245 ⋅ 141 ⋅ 179 mod 661
≡ 34545 ⋅ 179 mod 661 ≡ 173 ⋅ 179 mod 661
≡ 30967 mod 661 ≡ 561 mod 661
Es gilt also: 435186 ≡ 561 mod 661
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 = 37 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
