Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (298 - 8999) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(298 - 8999) mod 3 ≡ (298 mod 3 - 8999 mod 3) mod 3.
298 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 298
= 300
8999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8999
= 9000
Somit gilt:
(298 - 8999) mod 3 ≡ (1 - 2) mod 3 ≡ -1 mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (38 ⋅ 94) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(38 ⋅ 94) mod 9 ≡ (38 mod 9 ⋅ 94 mod 9) mod 9.
38 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 4 ⋅ 9 + 2 ist.
94 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 90 + 4 = 10 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(38 ⋅ 94) mod 9 ≡ (2 ⋅ 4) mod 9 ≡ 8 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 213128 mod 223.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 213 -> x
2. mod(x²,223) -> 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: 2131=213
2: 2132=2131+1=2131⋅2131 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 100 mod 223
4: 2134=2132+2=2132⋅2132 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 188 mod 223
8: 2138=2134+4=2134⋅2134 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 110 mod 223
16: 21316=2138+8=2138⋅2138 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 58 mod 223
32: 21332=21316+16=21316⋅21316 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 19 mod 223
64: 21364=21332+32=21332⋅21332 ≡ 19⋅19=361 ≡ 138 mod 223
128: 213128=21364+64=21364⋅21364 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 89 mod 223
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 200206 mod 647.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 206 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 206 an und zerlegen 206 in eine Summer von 2er-Potenzen:
206 = 128+64+8+4+2
1: 2001=200
2: 2002=2001+1=2001⋅2001 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 533 mod 647
4: 2004=2002+2=2002⋅2002 ≡ 533⋅533=284089 ≡ 56 mod 647
8: 2008=2004+4=2004⋅2004 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 548 mod 647
16: 20016=2008+8=2008⋅2008 ≡ 548⋅548=300304 ≡ 96 mod 647
32: 20032=20016+16=20016⋅20016 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 158 mod 647
64: 20064=20032+32=20032⋅20032 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 378 mod 647
128: 200128=20064+64=20064⋅20064 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 544 mod 647
200206
= 200128+64+8+4+2
= 200128⋅20064⋅2008⋅2004⋅2002
≡ 544 ⋅ 378 ⋅ 548 ⋅ 56 ⋅ 533 mod 647
≡ 205632 ⋅ 548 ⋅ 56 ⋅ 533 mod 647 ≡ 533 ⋅ 548 ⋅ 56 ⋅ 533 mod 647
≡ 292084 ⋅ 56 ⋅ 533 mod 647 ≡ 287 ⋅ 56 ⋅ 533 mod 647
≡ 16072 ⋅ 533 mod 647 ≡ 544 ⋅ 533 mod 647
≡ 289952 mod 647 ≡ 96 mod 647
Es gilt also: 200206 ≡ 96 mod 647
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 32.
Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 32
=>73 | = 2⋅32 + 9 |
=>32 | = 3⋅9 + 5 |
=>9 | = 1⋅5 + 4 |
=>5 | = 1⋅4 + 1 |
=>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,32)=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= 5-1⋅4 | |||
4= 9-1⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -1⋅(9 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅9 +1⋅ 5) = -1⋅9 +2⋅ 5 (=1) |
5= 32-3⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅9 +2⋅(32 -3⋅ 9)
= -1⋅9 +2⋅32 -6⋅ 9) = 2⋅32 -7⋅ 9 (=1) |
9= 73-2⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅32 -7⋅(73 -2⋅ 32)
= 2⋅32 -7⋅73 +14⋅ 32) = -7⋅73 +16⋅ 32 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,32)=1 = -7⋅73 +16⋅32
oder wenn man -7⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +7⋅73 = +16⋅32
Es gilt also: 16⋅32 = 7⋅73 +1
Somit 16⋅32 = 1 mod 73
16 ist also das Inverse von 32 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.