Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (6000 + 3002) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(6000 + 3002) mod 6 ≡ (6000 mod 6 + 3002 mod 6) mod 6.
6000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6000
= 6000
3002 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3002
= 3000
Somit gilt:
(6000 + 3002) mod 6 ≡ (0 + 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 46) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(61 ⋅ 46) mod 8 ≡ (61 mod 8 ⋅ 46 mod 8) mod 8.
61 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 56 + 5 = 7 ⋅ 8 + 5 ist.
46 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 40 + 6 = 5 ⋅ 8 + 6 ist.
Somit gilt:
(61 ⋅ 46) mod 8 ≡ (5 ⋅ 6) mod 8 ≡ 30 mod 8 ≡ 6 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 96128 mod 227.
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. 96 -> x
2. mod(x²,227) -> 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: 961=96
2: 962=961+1=961⋅961 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 136 mod 227
4: 964=962+2=962⋅962 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 109 mod 227
8: 968=964+4=964⋅964 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 77 mod 227
16: 9616=968+8=968⋅968 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 27 mod 227
32: 9632=9616+16=9616⋅9616 ≡ 27⋅27=729 ≡ 48 mod 227
64: 9664=9632+32=9632⋅9632 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 34 mod 227
128: 96128=9664+64=9664⋅9664 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 21 mod 227
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 625174 mod 919.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 174 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 174 an und zerlegen 174 in eine Summer von 2er-Potenzen:
174 = 128+32+8+4+2
1: 6251=625
2: 6252=6251+1=6251⋅6251 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 50 mod 919
4: 6254=6252+2=6252⋅6252 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 662 mod 919
8: 6258=6254+4=6254⋅6254 ≡ 662⋅662=438244 ≡ 800 mod 919
16: 62516=6258+8=6258⋅6258 ≡ 800⋅800=640000 ≡ 376 mod 919
32: 62532=62516+16=62516⋅62516 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 769 mod 919
64: 62564=62532+32=62532⋅62532 ≡ 769⋅769=591361 ≡ 444 mod 919
128: 625128=62564+64=62564⋅62564 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 470 mod 919
625174
= 625128+32+8+4+2
= 625128⋅62532⋅6258⋅6254⋅6252
≡ 470 ⋅ 769 ⋅ 800 ⋅ 662 ⋅ 50 mod 919
≡ 361430 ⋅ 800 ⋅ 662 ⋅ 50 mod 919 ≡ 263 ⋅ 800 ⋅ 662 ⋅ 50 mod 919
≡ 210400 ⋅ 662 ⋅ 50 mod 919 ≡ 868 ⋅ 662 ⋅ 50 mod 919
≡ 574616 ⋅ 50 mod 919 ≡ 241 ⋅ 50 mod 919
≡ 12050 mod 919 ≡ 103 mod 919
Es gilt also: 625174 ≡ 103 mod 919
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 63.
Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 63
| =>79 | = 1⋅63 + 16 |
| =>63 | = 3⋅16 + 15 |
| =>16 | = 1⋅15 + 1 |
| =>15 | = 15⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,63)=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= 16-1⋅15 | |||
| 15= 63-3⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅16 -1⋅(63 -3⋅ 16)
= 1⋅16 -1⋅63 +3⋅ 16) = -1⋅63 +4⋅ 16 (=1) |
| 16= 79-1⋅63 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅63 +4⋅(79 -1⋅ 63)
= -1⋅63 +4⋅79 -4⋅ 63) = 4⋅79 -5⋅ 63 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,63)=1 = 4⋅79 -5⋅63
oder wenn man 4⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -4⋅79 = -5⋅63
-5⋅63 = -4⋅79 + 1 |+79⋅63
-5⋅63 + 79⋅63 = -4⋅79 + 79⋅63 + 1
(-5 + 79) ⋅ 63 = (-4 + 63) ⋅ 79 + 1
74⋅63 = 59⋅79 + 1
Es gilt also: 74⋅63 = 59⋅79 +1
Somit 74⋅63 = 1 mod 79
74 ist also das Inverse von 63 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
