Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (504 - 24997) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(504 - 24997) mod 5 ≡ (504 mod 5 - 24997 mod 5) mod 5.
504 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 504
= 500
24997 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24997
= 24000
Somit gilt:
(504 - 24997) mod 5 ≡ (4 - 2) mod 5 ≡ 2 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 100) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(63 ⋅ 100) mod 3 ≡ (63 mod 3 ⋅ 100 mod 3) mod 3.
63 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 63 + 0 = 21 ⋅ 3 + 0 ist.
100 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 99 + 1 = 33 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(63 ⋅ 100) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 57364 mod 941.
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. 573 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 5731=573
2: 5732=5731+1=5731⋅5731 ≡ 573⋅573=328329 ≡ 861 mod 941
4: 5734=5732+2=5732⋅5732 ≡ 861⋅861=741321 ≡ 754 mod 941
8: 5738=5734+4=5734⋅5734 ≡ 754⋅754=568516 ≡ 152 mod 941
16: 57316=5738+8=5738⋅5738 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 520 mod 941
32: 57332=57316+16=57316⋅57316 ≡ 520⋅520=270400 ≡ 333 mod 941
64: 57364=57332+32=57332⋅57332 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 792 mod 941
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 392156 mod 409.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 156 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 156 an und zerlegen 156 in eine Summer von 2er-Potenzen:
156 = 128+16+8+4
1: 3921=392
2: 3922=3921+1=3921⋅3921 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 289 mod 409
4: 3924=3922+2=3922⋅3922 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 85 mod 409
8: 3928=3924+4=3924⋅3924 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 272 mod 409
16: 39216=3928+8=3928⋅3928 ≡ 272⋅272=73984 ≡ 364 mod 409
32: 39232=39216+16=39216⋅39216 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 389 mod 409
64: 39264=39232+32=39232⋅39232 ≡ 389⋅389=151321 ≡ 400 mod 409
128: 392128=39264+64=39264⋅39264 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 81 mod 409
392156
= 392128+16+8+4
= 392128⋅39216⋅3928⋅3924
≡ 81 ⋅ 364 ⋅ 272 ⋅ 85 mod 409
≡ 29484 ⋅ 272 ⋅ 85 mod 409 ≡ 36 ⋅ 272 ⋅ 85 mod 409
≡ 9792 ⋅ 85 mod 409 ≡ 385 ⋅ 85 mod 409
≡ 32725 mod 409 ≡ 5 mod 409
Es gilt also: 392156 ≡ 5 mod 409
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 72.
Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 72
| =>89 | = 1⋅72 + 17 |
| =>72 | = 4⋅17 + 4 |
| =>17 | = 4⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,72)=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= 17-4⋅4 | |||
| 4= 72-4⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -4⋅(72 -4⋅ 17)
= 1⋅17 -4⋅72 +16⋅ 17) = -4⋅72 +17⋅ 17 (=1) |
| 17= 89-1⋅72 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅72 +17⋅(89 -1⋅ 72)
= -4⋅72 +17⋅89 -17⋅ 72) = 17⋅89 -21⋅ 72 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,72)=1 = 17⋅89 -21⋅72
oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -17⋅89 = -21⋅72
-21⋅72 = -17⋅89 + 1 |+89⋅72
-21⋅72 + 89⋅72 = -17⋅89 + 89⋅72 + 1
(-21 + 89) ⋅ 72 = (-17 + 72) ⋅ 89 + 1
68⋅72 = 55⋅89 + 1
Es gilt also: 68⋅72 = 55⋅89 +1
Somit 68⋅72 = 1 mod 89
68 ist also das Inverse von 72 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
