Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1002 + 1499) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1002 + 1499) mod 5 ≡ (1002 mod 5 + 1499 mod 5) mod 5.
1002 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1002
= 1000
1499 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1499
= 1400
Somit gilt:
(1002 + 1499) mod 5 ≡ (2 + 4) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 83) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(63 ⋅ 83) mod 10 ≡ (63 mod 10 ⋅ 83 mod 10) mod 10.
63 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 6 ⋅ 10 + 3 ist.
83 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80 + 3 = 8 ⋅ 10 + 3 ist.
Somit gilt:
(63 ⋅ 83) mod 10 ≡ (3 ⋅ 3) mod 10 ≡ 9 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 10164 mod 269.
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. 101 -> x
2. mod(x²,269) -> 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: 1011=101
2: 1012=1011+1=1011⋅1011 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 248 mod 269
4: 1014=1012+2=1012⋅1012 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 172 mod 269
8: 1018=1014+4=1014⋅1014 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 263 mod 269
16: 10116=1018+8=1018⋅1018 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 36 mod 269
32: 10132=10116+16=10116⋅10116 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 220 mod 269
64: 10164=10132+32=10132⋅10132 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 249 mod 269
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 292203 mod 349.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 203 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 203 an und zerlegen 203 in eine Summer von 2er-Potenzen:
203 = 128+64+8+2+1
1: 2921=292
2: 2922=2921+1=2921⋅2921 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 108 mod 349
4: 2924=2922+2=2922⋅2922 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 147 mod 349
8: 2928=2924+4=2924⋅2924 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 320 mod 349
16: 29216=2928+8=2928⋅2928 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 143 mod 349
32: 29232=29216+16=29216⋅29216 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 207 mod 349
64: 29264=29232+32=29232⋅29232 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 271 mod 349
128: 292128=29264+64=29264⋅29264 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 151 mod 349
292203
= 292128+64+8+2+1
= 292128⋅29264⋅2928⋅2922⋅2921
≡ 151 ⋅ 271 ⋅ 320 ⋅ 108 ⋅ 292 mod 349
≡ 40921 ⋅ 320 ⋅ 108 ⋅ 292 mod 349 ≡ 88 ⋅ 320 ⋅ 108 ⋅ 292 mod 349
≡ 28160 ⋅ 108 ⋅ 292 mod 349 ≡ 240 ⋅ 108 ⋅ 292 mod 349
≡ 25920 ⋅ 292 mod 349 ≡ 94 ⋅ 292 mod 349
≡ 27448 mod 349 ≡ 226 mod 349
Es gilt also: 292203 ≡ 226 mod 349
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 75.
Also bestimme x, so dass 75 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 75
| =>79 | = 1⋅75 + 4 |
| =>75 | = 18⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,75)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 75-18⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(75 -18⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅75 +18⋅ 4) = -1⋅75 +19⋅ 4 (=1) |
| 4= 79-1⋅75 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅75 +19⋅(79 -1⋅ 75)
= -1⋅75 +19⋅79 -19⋅ 75) = 19⋅79 -20⋅ 75 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,75)=1 = 19⋅79 -20⋅75
oder wenn man 19⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -19⋅79 = -20⋅75
-20⋅75 = -19⋅79 + 1 |+79⋅75
-20⋅75 + 79⋅75 = -19⋅79 + 79⋅75 + 1
(-20 + 79) ⋅ 75 = (-19 + 75) ⋅ 79 + 1
59⋅75 = 56⋅79 + 1
Es gilt also: 59⋅75 = 56⋅79 +1
Somit 59⋅75 = 1 mod 79
59 ist also das Inverse von 75 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
