Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (236 - 73) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(236 - 73) mod 8 ≡ (236 mod 8 - 73 mod 8) mod 8.
236 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 236
= 240
73 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73
= 80
Somit gilt:
(236 - 73) mod 8 ≡ (4 - 1) mod 8 ≡ 3 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (75 ⋅ 44) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(75 ⋅ 44) mod 8 ≡ (75 mod 8 ⋅ 44 mod 8) mod 8.
75 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 9 ⋅ 8 + 3 ist.
44 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 40 + 4 = 5 ⋅ 8 + 4 ist.
Somit gilt:
(75 ⋅ 44) mod 8 ≡ (3 ⋅ 4) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 23632 mod 547.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 236 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 2361=236
2: 2362=2361+1=2361⋅2361 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 449 mod 547
4: 2364=2362+2=2362⋅2362 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 305 mod 547
8: 2368=2364+4=2364⋅2364 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 35 mod 547
16: 23616=2368+8=2368⋅2368 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 131 mod 547
32: 23632=23616+16=23616⋅23616 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 204 mod 547
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 146123 mod 271.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 123 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 123 an und zerlegen 123 in eine Summer von 2er-Potenzen:
123 = 64+32+16+8+2+1
1: 1461=146
2: 1462=1461+1=1461⋅1461 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 178 mod 271
4: 1464=1462+2=1462⋅1462 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 248 mod 271
8: 1468=1464+4=1464⋅1464 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 258 mod 271
16: 14616=1468+8=1468⋅1468 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 169 mod 271
32: 14632=14616+16=14616⋅14616 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 106 mod 271
64: 14664=14632+32=14632⋅14632 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 125 mod 271
146123
= 14664+32+16+8+2+1
= 14664⋅14632⋅14616⋅1468⋅1462⋅1461
≡ 125 ⋅ 106 ⋅ 169 ⋅ 258 ⋅ 178 ⋅ 146 mod 271
≡ 13250 ⋅ 169 ⋅ 258 ⋅ 178 ⋅ 146 mod 271 ≡ 242 ⋅ 169 ⋅ 258 ⋅ 178 ⋅ 146 mod 271
≡ 40898 ⋅ 258 ⋅ 178 ⋅ 146 mod 271 ≡ 248 ⋅ 258 ⋅ 178 ⋅ 146 mod 271
≡ 63984 ⋅ 178 ⋅ 146 mod 271 ≡ 28 ⋅ 178 ⋅ 146 mod 271
≡ 4984 ⋅ 146 mod 271 ≡ 106 ⋅ 146 mod 271
≡ 15476 mod 271 ≡ 29 mod 271
Es gilt also: 146123 ≡ 29 mod 271
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 31.
Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 31
| =>59 | = 1⋅31 + 28 |
| =>31 | = 1⋅28 + 3 |
| =>28 | = 9⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,31)=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= 28-9⋅3 | |||
| 3= 31-1⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅28 -9⋅(31 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -9⋅31 +9⋅ 28) = -9⋅31 +10⋅ 28 (=1) |
| 28= 59-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -9⋅31 +10⋅(59 -1⋅ 31)
= -9⋅31 +10⋅59 -10⋅ 31) = 10⋅59 -19⋅ 31 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,31)=1 = 10⋅59 -19⋅31
oder wenn man 10⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -10⋅59 = -19⋅31
-19⋅31 = -10⋅59 + 1 |+59⋅31
-19⋅31 + 59⋅31 = -10⋅59 + 59⋅31 + 1
(-19 + 59) ⋅ 31 = (-10 + 31) ⋅ 59 + 1
40⋅31 = 21⋅59 + 1
Es gilt also: 40⋅31 = 21⋅59 +1
Somit 40⋅31 = 1 mod 59
40 ist also das Inverse von 31 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
