Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2400 + 1800) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2400 + 1800) mod 6 ≡ (2400 mod 6 + 1800 mod 6) mod 6.
2400 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2400
= 2400
1800 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1800
= 1800
Somit gilt:
(2400 + 1800) mod 6 ≡ (0 + 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 44) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(73 ⋅ 44) mod 10 ≡ (73 mod 10 ⋅ 44 mod 10) mod 10.
73 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 70 + 3 = 7 ⋅ 10 + 3 ist.
44 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 40 + 4 = 4 ⋅ 10 + 4 ist.
Somit gilt:
(73 ⋅ 44) mod 10 ≡ (3 ⋅ 4) mod 10 ≡ 12 mod 10 ≡ 2 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 13032 mod 419.
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. 130 -> x
2. mod(x²,419) -> 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: 1301=130
2: 1302=1301+1=1301⋅1301 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 140 mod 419
4: 1304=1302+2=1302⋅1302 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 326 mod 419
8: 1308=1304+4=1304⋅1304 ≡ 326⋅326=106276 ≡ 269 mod 419
16: 13016=1308+8=1308⋅1308 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 293 mod 419
32: 13032=13016+16=13016⋅13016 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 373 mod 419
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 299205 mod 571.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 205 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 205 an und zerlegen 205 in eine Summer von 2er-Potenzen:
205 = 128+64+8+4+1
1: 2991=299
2: 2992=2991+1=2991⋅2991 ≡ 299⋅299=89401 ≡ 325 mod 571
4: 2994=2992+2=2992⋅2992 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 561 mod 571
8: 2998=2994+4=2994⋅2994 ≡ 561⋅561=314721 ≡ 100 mod 571
16: 29916=2998+8=2998⋅2998 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 293 mod 571
32: 29932=29916+16=29916⋅29916 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 199 mod 571
64: 29964=29932+32=29932⋅29932 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 202 mod 571
128: 299128=29964+64=29964⋅29964 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 263 mod 571
299205
= 299128+64+8+4+1
= 299128⋅29964⋅2998⋅2994⋅2991
≡ 263 ⋅ 202 ⋅ 100 ⋅ 561 ⋅ 299 mod 571
≡ 53126 ⋅ 100 ⋅ 561 ⋅ 299 mod 571 ≡ 23 ⋅ 100 ⋅ 561 ⋅ 299 mod 571
≡ 2300 ⋅ 561 ⋅ 299 mod 571 ≡ 16 ⋅ 561 ⋅ 299 mod 571
≡ 8976 ⋅ 299 mod 571 ≡ 411 ⋅ 299 mod 571
≡ 122889 mod 571 ≡ 124 mod 571
Es gilt also: 299205 ≡ 124 mod 571
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 27.
Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 27
| =>79 | = 2⋅27 + 25 |
| =>27 | = 1⋅25 + 2 |
| =>25 | = 12⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,27)=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= 25-12⋅2 | |||
| 2= 27-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -12⋅(27 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -12⋅27 +12⋅ 25) = -12⋅27 +13⋅ 25 (=1) |
| 25= 79-2⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -12⋅27 +13⋅(79 -2⋅ 27)
= -12⋅27 +13⋅79 -26⋅ 27) = 13⋅79 -38⋅ 27 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,27)=1 = 13⋅79 -38⋅27
oder wenn man 13⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅79 = -38⋅27
-38⋅27 = -13⋅79 + 1 |+79⋅27
-38⋅27 + 79⋅27 = -13⋅79 + 79⋅27 + 1
(-38 + 79) ⋅ 27 = (-13 + 27) ⋅ 79 + 1
41⋅27 = 14⋅79 + 1
Es gilt also: 41⋅27 = 14⋅79 +1
Somit 41⋅27 = 1 mod 79
41 ist also das Inverse von 27 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
