Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (27008 - 175) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(27008 - 175) mod 9 ≡ (27008 mod 9 - 175 mod 9) mod 9.
27008 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27008
= 27000
175 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 175
= 180
Somit gilt:
(27008 - 175) mod 9 ≡ (8 - 4) mod 9 ≡ 4 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 94) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(21 ⋅ 94) mod 9 ≡ (21 mod 9 ⋅ 94 mod 9) mod 9.
21 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 18 + 3 = 2 ⋅ 9 + 3 ist.
94 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 90 + 4 = 10 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(21 ⋅ 94) mod 9 ≡ (3 ⋅ 4) mod 9 ≡ 12 mod 9 ≡ 3 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 4158 mod 941.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 415 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 4151=415
2: 4152=4151+1=4151⋅4151 ≡ 415⋅415=172225 ≡ 22 mod 941
4: 4154=4152+2=4152⋅4152 ≡ 22⋅22=484 ≡ 484 mod 941
8: 4158=4154+4=4154⋅4154 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 888 mod 941
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 328191 mod 967.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:
191 = 128+32+16+8+4+2+1
1: 3281=328
2: 3282=3281+1=3281⋅3281 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 247 mod 967
4: 3284=3282+2=3282⋅3282 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 88 mod 967
8: 3288=3284+4=3284⋅3284 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 8 mod 967
16: 32816=3288+8=3288⋅3288 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 967
32: 32832=32816+16=32816⋅32816 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 228 mod 967
64: 32864=32832+32=32832⋅32832 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 733 mod 967
128: 328128=32864+64=32864⋅32864 ≡ 733⋅733=537289 ≡ 604 mod 967
328191
= 328128+32+16+8+4+2+1
= 328128⋅32832⋅32816⋅3288⋅3284⋅3282⋅3281
≡ 604 ⋅ 228 ⋅ 64 ⋅ 8 ⋅ 88 ⋅ 247 ⋅ 328 mod 967
≡ 137712 ⋅ 64 ⋅ 8 ⋅ 88 ⋅ 247 ⋅ 328 mod 967 ≡ 398 ⋅ 64 ⋅ 8 ⋅ 88 ⋅ 247 ⋅ 328 mod 967
≡ 25472 ⋅ 8 ⋅ 88 ⋅ 247 ⋅ 328 mod 967 ≡ 330 ⋅ 8 ⋅ 88 ⋅ 247 ⋅ 328 mod 967
≡ 2640 ⋅ 88 ⋅ 247 ⋅ 328 mod 967 ≡ 706 ⋅ 88 ⋅ 247 ⋅ 328 mod 967
≡ 62128 ⋅ 247 ⋅ 328 mod 967 ≡ 240 ⋅ 247 ⋅ 328 mod 967
≡ 59280 ⋅ 328 mod 967 ≡ 293 ⋅ 328 mod 967
≡ 96104 mod 967 ≡ 371 mod 967
Es gilt also: 328191 ≡ 371 mod 967
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 44.
Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 44
| =>53 | = 1⋅44 + 9 |
| =>44 | = 4⋅9 + 8 |
| =>9 | = 1⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,44)=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= 9-1⋅8 | |||
| 8= 44-4⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -1⋅(44 -4⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅44 +4⋅ 9) = -1⋅44 +5⋅ 9 (=1) |
| 9= 53-1⋅44 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅44 +5⋅(53 -1⋅ 44)
= -1⋅44 +5⋅53 -5⋅ 44) = 5⋅53 -6⋅ 44 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,44)=1 = 5⋅53 -6⋅44
oder wenn man 5⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅53 = -6⋅44
-6⋅44 = -5⋅53 + 1 |+53⋅44
-6⋅44 + 53⋅44 = -5⋅53 + 53⋅44 + 1
(-6 + 53) ⋅ 44 = (-5 + 44) ⋅ 53 + 1
47⋅44 = 39⋅53 + 1
Es gilt also: 47⋅44 = 39⋅53 +1
Somit 47⋅44 = 1 mod 53
47 ist also das Inverse von 44 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
