Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (203 - 40) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(203 - 40) mod 4 ≡ (203 mod 4 - 40 mod 4) mod 4.
203 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 203
= 200
40 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40
= 40
Somit gilt:
(203 - 40) mod 4 ≡ (3 - 0) mod 4 ≡ 3 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 100) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(74 ⋅ 100) mod 8 ≡ (74 mod 8 ⋅ 100 mod 8) mod 8.
74 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 9 ⋅ 8 + 2 ist.
100 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 96 + 4 = 12 ⋅ 8 + 4 ist.
Somit gilt:
(74 ⋅ 100) mod 8 ≡ (2 ⋅ 4) mod 8 ≡ 8 mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 29116 mod 293.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 291 -> x
2. mod(x²,293) -> 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: 2911=291
2: 2912=2911+1=2911⋅2911 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 4 mod 293
4: 2914=2912+2=2912⋅2912 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 293
8: 2918=2914+4=2914⋅2914 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 293
16: 29116=2918+8=2918⋅2918 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 197 mod 293
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 726222 mod 881.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 222 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 222 an und zerlegen 222 in eine Summer von 2er-Potenzen:
222 = 128+64+16+8+4+2
1: 7261=726
2: 7262=7261+1=7261⋅7261 ≡ 726⋅726=527076 ≡ 238 mod 881
4: 7264=7262+2=7262⋅7262 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 260 mod 881
8: 7268=7264+4=7264⋅7264 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 644 mod 881
16: 72616=7268+8=7268⋅7268 ≡ 644⋅644=414736 ≡ 666 mod 881
32: 72632=72616+16=72616⋅72616 ≡ 666⋅666=443556 ≡ 413 mod 881
64: 72664=72632+32=72632⋅72632 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 536 mod 881
128: 726128=72664+64=72664⋅72664 ≡ 536⋅536=287296 ≡ 90 mod 881
726222
= 726128+64+16+8+4+2
= 726128⋅72664⋅72616⋅7268⋅7264⋅7262
≡ 90 ⋅ 536 ⋅ 666 ⋅ 644 ⋅ 260 ⋅ 238 mod 881
≡ 48240 ⋅ 666 ⋅ 644 ⋅ 260 ⋅ 238 mod 881 ≡ 666 ⋅ 666 ⋅ 644 ⋅ 260 ⋅ 238 mod 881
≡ 443556 ⋅ 644 ⋅ 260 ⋅ 238 mod 881 ≡ 413 ⋅ 644 ⋅ 260 ⋅ 238 mod 881
≡ 265972 ⋅ 260 ⋅ 238 mod 881 ≡ 791 ⋅ 260 ⋅ 238 mod 881
≡ 205660 ⋅ 238 mod 881 ≡ 387 ⋅ 238 mod 881
≡ 92106 mod 881 ≡ 482 mod 881
Es gilt also: 726222 ≡ 482 mod 881
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 55.
Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 55
| =>83 | = 1⋅55 + 28 |
| =>55 | = 1⋅28 + 27 |
| =>28 | = 1⋅27 + 1 |
| =>27 | = 27⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,55)=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= 28-1⋅27 | |||
| 27= 55-1⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅28 -1⋅(55 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -1⋅55 +1⋅ 28) = -1⋅55 +2⋅ 28 (=1) |
| 28= 83-1⋅55 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅55 +2⋅(83 -1⋅ 55)
= -1⋅55 +2⋅83 -2⋅ 55) = 2⋅83 -3⋅ 55 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,55)=1 = 2⋅83 -3⋅55
oder wenn man 2⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅83 = -3⋅55
-3⋅55 = -2⋅83 + 1 |+83⋅55
-3⋅55 + 83⋅55 = -2⋅83 + 83⋅55 + 1
(-3 + 83) ⋅ 55 = (-2 + 55) ⋅ 83 + 1
80⋅55 = 53⋅83 + 1
Es gilt also: 80⋅55 = 53⋅83 +1
Somit 80⋅55 = 1 mod 83
80 ist also das Inverse von 55 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
