Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (12000 - 1498) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(12000 - 1498) mod 3 ≡ (12000 mod 3 - 1498 mod 3) mod 3.
12000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000
= 12000
1498 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1498
= 1500
Somit gilt:
(12000 - 1498) mod 3 ≡ (0 - 1) mod 3 ≡ -1 mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (64 ⋅ 96) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(64 ⋅ 96) mod 9 ≡ (64 mod 9 ⋅ 96 mod 9) mod 9.
64 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 63 + 1 = 7 ⋅ 9 + 1 ist.
96 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 90 + 6 = 10 ⋅ 9 + 6 ist.
Somit gilt:
(64 ⋅ 96) mod 9 ≡ (1 ⋅ 6) mod 9 ≡ 6 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 25264 mod 443.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 252 -> x
2. mod(x²,443) -> 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: 2521=252
2: 2522=2521+1=2521⋅2521 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 155 mod 443
4: 2524=2522+2=2522⋅2522 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 103 mod 443
8: 2528=2524+4=2524⋅2524 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 420 mod 443
16: 25216=2528+8=2528⋅2528 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 86 mod 443
32: 25232=25216+16=25216⋅25216 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 308 mod 443
64: 25264=25232+32=25232⋅25232 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 62 mod 443
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 548226 mod 863.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 226 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 226 an und zerlegen 226 in eine Summer von 2er-Potenzen:
226 = 128+64+32+2
1: 5481=548
2: 5482=5481+1=5481⋅5481 ≡ 548⋅548=300304 ≡ 843 mod 863
4: 5484=5482+2=5482⋅5482 ≡ 843⋅843=710649 ≡ 400 mod 863
8: 5488=5484+4=5484⋅5484 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 345 mod 863
16: 54816=5488+8=5488⋅5488 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 794 mod 863
32: 54832=54816+16=54816⋅54816 ≡ 794⋅794=630436 ≡ 446 mod 863
64: 54864=54832+32=54832⋅54832 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 426 mod 863
128: 548128=54864+64=54864⋅54864 ≡ 426⋅426=181476 ≡ 246 mod 863
548226
= 548128+64+32+2
= 548128⋅54864⋅54832⋅5482
≡ 246 ⋅ 426 ⋅ 446 ⋅ 843 mod 863
≡ 104796 ⋅ 446 ⋅ 843 mod 863 ≡ 373 ⋅ 446 ⋅ 843 mod 863
≡ 166358 ⋅ 843 mod 863 ≡ 662 ⋅ 843 mod 863
≡ 558066 mod 863 ≡ 568 mod 863
Es gilt also: 548226 ≡ 568 mod 863
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 58.
Also bestimme x, so dass 58 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 58
| =>97 | = 1⋅58 + 39 |
| =>58 | = 1⋅39 + 19 |
| =>39 | = 2⋅19 + 1 |
| =>19 | = 19⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,58)=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= 39-2⋅19 | |||
| 19= 58-1⋅39 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅39 -2⋅(58 -1⋅ 39)
= 1⋅39 -2⋅58 +2⋅ 39) = -2⋅58 +3⋅ 39 (=1) |
| 39= 97-1⋅58 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅58 +3⋅(97 -1⋅ 58)
= -2⋅58 +3⋅97 -3⋅ 58) = 3⋅97 -5⋅ 58 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,58)=1 = 3⋅97 -5⋅58
oder wenn man 3⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 -3⋅97 = -5⋅58
-5⋅58 = -3⋅97 + 1 |+97⋅58
-5⋅58 + 97⋅58 = -3⋅97 + 97⋅58 + 1
(-5 + 97) ⋅ 58 = (-3 + 58) ⋅ 97 + 1
92⋅58 = 55⋅97 + 1
Es gilt also: 92⋅58 = 55⋅97 +1
Somit 92⋅58 = 1 mod 97
92 ist also das Inverse von 58 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
