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 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (90 ⋅ 16) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(90 ⋅ 16) mod 6 ≡ (90 mod 6 ⋅ 16 mod 6) mod 6.
90 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 90 + 0 = 15 ⋅ 6 + 0 ist.
16 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 12 + 4 = 2 ⋅ 6 + 4 ist.
Somit gilt:
(90 ⋅ 16) mod 6 ≡ (0 ⋅ 4) mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 52564 mod 977.
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. 525 -> x
2. mod(x²,977) -> 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: 5251=525
2: 5252=5251+1=5251⋅5251 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 111 mod 977
4: 5254=5252+2=5252⋅5252 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 597 mod 977
8: 5258=5254+4=5254⋅5254 ≡ 597⋅597=356409 ≡ 781 mod 977
16: 52516=5258+8=5258⋅5258 ≡ 781⋅781=609961 ≡ 313 mod 977
32: 52532=52516+16=52516⋅52516 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 269 mod 977
64: 52564=52532+32=52532⋅52532 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 63 mod 977
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 224249 mod 431.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 249 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 249 an und zerlegen 249 in eine Summer von 2er-Potenzen:
249 = 128+64+32+16+8+1
1: 2241=224
2: 2242=2241+1=2241⋅2241 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 180 mod 431
4: 2244=2242+2=2242⋅2242 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 75 mod 431
8: 2248=2244+4=2244⋅2244 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 22 mod 431
16: 22416=2248+8=2248⋅2248 ≡ 22⋅22=484 ≡ 53 mod 431
32: 22432=22416+16=22416⋅22416 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 223 mod 431
64: 22464=22432+32=22432⋅22432 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 164 mod 431
128: 224128=22464+64=22464⋅22464 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 174 mod 431
224249
= 224128+64+32+16+8+1
= 224128⋅22464⋅22432⋅22416⋅2248⋅2241
≡ 174 ⋅ 164 ⋅ 223 ⋅ 53 ⋅ 22 ⋅ 224 mod 431
≡ 28536 ⋅ 223 ⋅ 53 ⋅ 22 ⋅ 224 mod 431 ≡ 90 ⋅ 223 ⋅ 53 ⋅ 22 ⋅ 224 mod 431
≡ 20070 ⋅ 53 ⋅ 22 ⋅ 224 mod 431 ≡ 244 ⋅ 53 ⋅ 22 ⋅ 224 mod 431
≡ 12932 ⋅ 22 ⋅ 224 mod 431 ≡ 2 ⋅ 22 ⋅ 224 mod 431
≡ 44 ⋅ 224 mod 431
≡ 9856 mod 431 ≡ 374 mod 431
Es gilt also: 224249 ≡ 374 mod 431
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 37.
Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 37
| =>59 | = 1⋅37 + 22 |
| =>37 | = 1⋅22 + 15 |
| =>22 | = 1⋅15 + 7 |
| =>15 | = 2⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,37)=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= 15-2⋅7 | |||
| 7= 22-1⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -2⋅(22 -1⋅ 15)
= 1⋅15 -2⋅22 +2⋅ 15) = -2⋅22 +3⋅ 15 (=1) |
| 15= 37-1⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅22 +3⋅(37 -1⋅ 22)
= -2⋅22 +3⋅37 -3⋅ 22) = 3⋅37 -5⋅ 22 (=1) |
| 22= 59-1⋅37 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅37 -5⋅(59 -1⋅ 37)
= 3⋅37 -5⋅59 +5⋅ 37) = -5⋅59 +8⋅ 37 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,37)=1 = -5⋅59 +8⋅37
oder wenn man -5⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅59 = +8⋅37
Es gilt also: 8⋅37 = 5⋅59 +1
Somit 8⋅37 = 1 mod 59
8 ist also das Inverse von 37 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
