Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (120 + 151) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(120 + 151) mod 3 ≡ (120 mod 3 + 151 mod 3) mod 3.
120 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 120
= 120
151 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 151
= 150
Somit gilt:
(120 + 151) mod 3 ≡ (0 + 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (38 ⋅ 76) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(38 ⋅ 76) mod 3 ≡ (38 mod 3 ⋅ 76 mod 3) mod 3.
38 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 12 ⋅ 3 + 2 ist.
76 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 75 + 1 = 25 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(38 ⋅ 76) mod 3 ≡ (2 ⋅ 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 317128 mod 827.
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. 317 -> x
2. mod(x²,827) -> 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: 3171=317
2: 3172=3171+1=3171⋅3171 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 422 mod 827
4: 3174=3172+2=3172⋅3172 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 279 mod 827
8: 3178=3174+4=3174⋅3174 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 103 mod 827
16: 31716=3178+8=3178⋅3178 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 685 mod 827
32: 31732=31716+16=31716⋅31716 ≡ 685⋅685=469225 ≡ 316 mod 827
64: 31764=31732+32=31732⋅31732 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 616 mod 827
128: 317128=31764+64=31764⋅31764 ≡ 616⋅616=379456 ≡ 690 mod 827
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 211231 mod 223.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 231 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 231 an und zerlegen 231 in eine Summer von 2er-Potenzen:
231 = 128+64+32+4+2+1
1: 2111=211
2: 2112=2111+1=2111⋅2111 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 144 mod 223
4: 2114=2112+2=2112⋅2112 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 220 mod 223
8: 2118=2114+4=2114⋅2114 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 9 mod 223
16: 21116=2118+8=2118⋅2118 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 223
32: 21132=21116+16=21116⋅21116 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 94 mod 223
64: 21164=21132+32=21132⋅21132 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 139 mod 223
128: 211128=21164+64=21164⋅21164 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 143 mod 223
211231
= 211128+64+32+4+2+1
= 211128⋅21164⋅21132⋅2114⋅2112⋅2111
≡ 143 ⋅ 139 ⋅ 94 ⋅ 220 ⋅ 144 ⋅ 211 mod 223
≡ 19877 ⋅ 94 ⋅ 220 ⋅ 144 ⋅ 211 mod 223 ≡ 30 ⋅ 94 ⋅ 220 ⋅ 144 ⋅ 211 mod 223
≡ 2820 ⋅ 220 ⋅ 144 ⋅ 211 mod 223 ≡ 144 ⋅ 220 ⋅ 144 ⋅ 211 mod 223
≡ 31680 ⋅ 144 ⋅ 211 mod 223 ≡ 14 ⋅ 144 ⋅ 211 mod 223
≡ 2016 ⋅ 211 mod 223 ≡ 9 ⋅ 211 mod 223
≡ 1899 mod 223 ≡ 115 mod 223
Es gilt also: 211231 ≡ 115 mod 223
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 29.
Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 29
| =>73 | = 2⋅29 + 15 |
| =>29 | = 1⋅15 + 14 |
| =>15 | = 1⋅14 + 1 |
| =>14 | = 14⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,29)=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= 15-1⋅14 | |||
| 14= 29-1⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -1⋅(29 -1⋅ 15)
= 1⋅15 -1⋅29 +1⋅ 15) = -1⋅29 +2⋅ 15 (=1) |
| 15= 73-2⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅29 +2⋅(73 -2⋅ 29)
= -1⋅29 +2⋅73 -4⋅ 29) = 2⋅73 -5⋅ 29 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,29)=1 = 2⋅73 -5⋅29
oder wenn man 2⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅73 = -5⋅29
-5⋅29 = -2⋅73 + 1 |+73⋅29
-5⋅29 + 73⋅29 = -2⋅73 + 73⋅29 + 1
(-5 + 73) ⋅ 29 = (-2 + 29) ⋅ 73 + 1
68⋅29 = 27⋅73 + 1
Es gilt also: 68⋅29 = 27⋅73 +1
Somit 68⋅29 = 1 mod 73
68 ist also das Inverse von 29 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
