Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (180 + 45000) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(180 + 45000) mod 9 ≡ (180 mod 9 + 45000 mod 9) mod 9.
180 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 180
= 180
45000 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45000
= 45000
Somit gilt:
(180 + 45000) mod 9 ≡ (0 + 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 58) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(87 ⋅ 58) mod 7 ≡ (87 mod 7 ⋅ 58 mod 7) mod 7.
87 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 84 + 3 = 12 ⋅ 7 + 3 ist.
58 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 8 ⋅ 7 + 2 ist.
Somit gilt:
(87 ⋅ 58) mod 7 ≡ (3 ⋅ 2) mod 7 ≡ 6 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 481128 mod 743.
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. 481 -> x
2. mod(x²,743) -> 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: 4811=481
2: 4812=4811+1=4811⋅4811 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 288 mod 743
4: 4814=4812+2=4812⋅4812 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 471 mod 743
8: 4818=4814+4=4814⋅4814 ≡ 471⋅471=221841 ≡ 427 mod 743
16: 48116=4818+8=4818⋅4818 ≡ 427⋅427=182329 ≡ 294 mod 743
32: 48132=48116+16=48116⋅48116 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 248 mod 743
64: 48164=48132+32=48132⋅48132 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 578 mod 743
128: 481128=48164+64=48164⋅48164 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 477 mod 743
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 340177 mod 659.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 177 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 177 an und zerlegen 177 in eine Summer von 2er-Potenzen:
177 = 128+32+16+1
1: 3401=340
2: 3402=3401+1=3401⋅3401 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 275 mod 659
4: 3404=3402+2=3402⋅3402 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 499 mod 659
8: 3408=3404+4=3404⋅3404 ≡ 499⋅499=249001 ≡ 558 mod 659
16: 34016=3408+8=3408⋅3408 ≡ 558⋅558=311364 ≡ 316 mod 659
32: 34032=34016+16=34016⋅34016 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 347 mod 659
64: 34064=34032+32=34032⋅34032 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 471 mod 659
128: 340128=34064+64=34064⋅34064 ≡ 471⋅471=221841 ≡ 417 mod 659
340177
= 340128+32+16+1
= 340128⋅34032⋅34016⋅3401
≡ 417 ⋅ 347 ⋅ 316 ⋅ 340 mod 659
≡ 144699 ⋅ 316 ⋅ 340 mod 659 ≡ 378 ⋅ 316 ⋅ 340 mod 659
≡ 119448 ⋅ 340 mod 659 ≡ 169 ⋅ 340 mod 659
≡ 57460 mod 659 ≡ 127 mod 659
Es gilt also: 340177 ≡ 127 mod 659
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 74.
Also bestimme x, so dass 74 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 74
| =>83 | = 1⋅74 + 9 |
| =>74 | = 8⋅9 + 2 |
| =>9 | = 4⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,74)=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= 9-4⋅2 | |||
| 2= 74-8⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -4⋅(74 -8⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅74 +32⋅ 9) = -4⋅74 +33⋅ 9 (=1) |
| 9= 83-1⋅74 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅74 +33⋅(83 -1⋅ 74)
= -4⋅74 +33⋅83 -33⋅ 74) = 33⋅83 -37⋅ 74 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,74)=1 = 33⋅83 -37⋅74
oder wenn man 33⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -33⋅83 = -37⋅74
-37⋅74 = -33⋅83 + 1 |+83⋅74
-37⋅74 + 83⋅74 = -33⋅83 + 83⋅74 + 1
(-37 + 83) ⋅ 74 = (-33 + 74) ⋅ 83 + 1
46⋅74 = 41⋅83 + 1
Es gilt also: 46⋅74 = 41⋅83 +1
Somit 46⋅74 = 1 mod 83
46 ist also das Inverse von 74 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
