Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (20997 - 280) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20997 - 280) mod 7 ≡ (20997 mod 7 - 280 mod 7) mod 7.
20997 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20997
= 21000
280 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 280
= 280
Somit gilt:
(20997 - 280) mod 7 ≡ (4 - 0) mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 26) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(65 ⋅ 26) mod 5 ≡ (65 mod 5 ⋅ 26 mod 5) mod 5.
65 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 65 + 0 = 13 ⋅ 5 + 0 ist.
26 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 25 + 1 = 5 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(65 ⋅ 26) mod 5 ≡ (0 ⋅ 1) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 46864 mod 593.
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. 468 -> x
2. mod(x²,593) -> 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: 4681=468
2: 4682=4681+1=4681⋅4681 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 207 mod 593
4: 4684=4682+2=4682⋅4682 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 153 mod 593
8: 4688=4684+4=4684⋅4684 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 282 mod 593
16: 46816=4688+8=4688⋅4688 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 62 mod 593
32: 46832=46816+16=46816⋅46816 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 286 mod 593
64: 46864=46832+32=46832⋅46832 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 555 mod 593
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 361167 mod 607.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 167 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 167 an und zerlegen 167 in eine Summer von 2er-Potenzen:
167 = 128+32+4+2+1
1: 3611=361
2: 3612=3611+1=3611⋅3611 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 423 mod 607
4: 3614=3612+2=3612⋅3612 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 471 mod 607
8: 3618=3614+4=3614⋅3614 ≡ 471⋅471=221841 ≡ 286 mod 607
16: 36116=3618+8=3618⋅3618 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 458 mod 607
32: 36132=36116+16=36116⋅36116 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 349 mod 607
64: 36164=36132+32=36132⋅36132 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 401 mod 607
128: 361128=36164+64=36164⋅36164 ≡ 401⋅401=160801 ≡ 553 mod 607
361167
= 361128+32+4+2+1
= 361128⋅36132⋅3614⋅3612⋅3611
≡ 553 ⋅ 349 ⋅ 471 ⋅ 423 ⋅ 361 mod 607
≡ 192997 ⋅ 471 ⋅ 423 ⋅ 361 mod 607 ≡ 578 ⋅ 471 ⋅ 423 ⋅ 361 mod 607
≡ 272238 ⋅ 423 ⋅ 361 mod 607 ≡ 302 ⋅ 423 ⋅ 361 mod 607
≡ 127746 ⋅ 361 mod 607 ≡ 276 ⋅ 361 mod 607
≡ 99636 mod 607 ≡ 88 mod 607
Es gilt also: 361167 ≡ 88 mod 607
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 67.
Also bestimme x, so dass 67 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 67
| =>101 | = 1⋅67 + 34 |
| =>67 | = 1⋅34 + 33 |
| =>34 | = 1⋅33 + 1 |
| =>33 | = 33⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,67)=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= 34-1⋅33 | |||
| 33= 67-1⋅34 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅34 -1⋅(67 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -1⋅67 +1⋅ 34) = -1⋅67 +2⋅ 34 (=1) |
| 34= 101-1⋅67 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅67 +2⋅(101 -1⋅ 67)
= -1⋅67 +2⋅101 -2⋅ 67) = 2⋅101 -3⋅ 67 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,67)=1 = 2⋅101 -3⋅67
oder wenn man 2⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅101 = -3⋅67
-3⋅67 = -2⋅101 + 1 |+101⋅67
-3⋅67 + 101⋅67 = -2⋅101 + 101⋅67 + 1
(-3 + 101) ⋅ 67 = (-2 + 67) ⋅ 101 + 1
98⋅67 = 65⋅101 + 1
Es gilt also: 98⋅67 = 65⋅101 +1
Somit 98⋅67 = 1 mod 101
98 ist also das Inverse von 67 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
