Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (240 + 32006) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(240 + 32006) mod 8 ≡ (240 mod 8 + 32006 mod 8) mod 8.
240 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 240
= 240
32006 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32006
= 32000
Somit gilt:
(240 + 32006) mod 8 ≡ (0 + 6) mod 8 ≡ 6 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 19) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(98 ⋅ 19) mod 9 ≡ (98 mod 9 ⋅ 19 mod 9) mod 9.
98 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 90 + 8 = 10 ⋅ 9 + 8 ist.
19 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 18 + 1 = 2 ⋅ 9 + 1 ist.
Somit gilt:
(98 ⋅ 19) mod 9 ≡ (8 ⋅ 1) mod 9 ≡ 8 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 4598 mod 947.
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. 459 -> x
2. mod(x²,947) -> 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: 4591=459
2: 4592=4591+1=4591⋅4591 ≡ 459⋅459=210681 ≡ 447 mod 947
4: 4594=4592+2=4592⋅4592 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 939 mod 947
8: 4598=4594+4=4594⋅4594 ≡ 939⋅939=881721 ≡ 64 mod 947
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 356237 mod 421.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 237 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 237 an und zerlegen 237 in eine Summer von 2er-Potenzen:
237 = 128+64+32+8+4+1
1: 3561=356
2: 3562=3561+1=3561⋅3561 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 15 mod 421
4: 3564=3562+2=3562⋅3562 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 421
8: 3568=3564+4=3564⋅3564 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 105 mod 421
16: 35616=3568+8=3568⋅3568 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 79 mod 421
32: 35632=35616+16=35616⋅35616 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 347 mod 421
64: 35664=35632+32=35632⋅35632 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 3 mod 421
128: 356128=35664+64=35664⋅35664 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 421
356237
= 356128+64+32+8+4+1
= 356128⋅35664⋅35632⋅3568⋅3564⋅3561
≡ 9 ⋅ 3 ⋅ 347 ⋅ 105 ⋅ 225 ⋅ 356 mod 421
≡ 27 ⋅ 347 ⋅ 105 ⋅ 225 ⋅ 356 mod 421
≡ 9369 ⋅ 105 ⋅ 225 ⋅ 356 mod 421 ≡ 107 ⋅ 105 ⋅ 225 ⋅ 356 mod 421
≡ 11235 ⋅ 225 ⋅ 356 mod 421 ≡ 289 ⋅ 225 ⋅ 356 mod 421
≡ 65025 ⋅ 356 mod 421 ≡ 191 ⋅ 356 mod 421
≡ 67996 mod 421 ≡ 215 mod 421
Es gilt also: 356237 ≡ 215 mod 421
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 40.
Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 40
| =>61 | = 1⋅40 + 21 |
| =>40 | = 1⋅21 + 19 |
| =>21 | = 1⋅19 + 2 |
| =>19 | = 9⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,40)=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= 19-9⋅2 | |||
| 2= 21-1⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅19 -9⋅(21 -1⋅ 19)
= 1⋅19 -9⋅21 +9⋅ 19) = -9⋅21 +10⋅ 19 (=1) |
| 19= 40-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -9⋅21 +10⋅(40 -1⋅ 21)
= -9⋅21 +10⋅40 -10⋅ 21) = 10⋅40 -19⋅ 21 (=1) |
| 21= 61-1⋅40 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 10⋅40 -19⋅(61 -1⋅ 40)
= 10⋅40 -19⋅61 +19⋅ 40) = -19⋅61 +29⋅ 40 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,40)=1 = -19⋅61 +29⋅40
oder wenn man -19⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +19⋅61 = +29⋅40
Es gilt also: 29⋅40 = 19⋅61 +1
Somit 29⋅40 = 1 mod 61
29 ist also das Inverse von 40 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
