Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (23996 - 17995) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23996 - 17995) mod 6 ≡ (23996 mod 6 - 17995 mod 6) mod 6.
23996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23996
= 24000
17995 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17995
= 18000
Somit gilt:
(23996 - 17995) mod 6 ≡ (2 - 1) mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (97 ⋅ 81) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(97 ⋅ 81) mod 10 ≡ (97 mod 10 ⋅ 81 mod 10) mod 10.
97 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 90 + 7 = 9 ⋅ 10 + 7 ist.
81 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 80 + 1 = 8 ⋅ 10 + 1 ist.
Somit gilt:
(97 ⋅ 81) mod 10 ≡ (7 ⋅ 1) mod 10 ≡ 7 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 34664 mod 929.
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. 346 -> x
2. mod(x²,929) -> 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: 3461=346
2: 3462=3461+1=3461⋅3461 ≡ 346⋅346=119716 ≡ 804 mod 929
4: 3464=3462+2=3462⋅3462 ≡ 804⋅804=646416 ≡ 761 mod 929
8: 3468=3464+4=3464⋅3464 ≡ 761⋅761=579121 ≡ 354 mod 929
16: 34616=3468+8=3468⋅3468 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 830 mod 929
32: 34632=34616+16=34616⋅34616 ≡ 830⋅830=688900 ≡ 511 mod 929
64: 34664=34632+32=34632⋅34632 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 72 mod 929
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 654109 mod 673.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 109 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 109 an und zerlegen 109 in eine Summer von 2er-Potenzen:
109 = 64+32+8+4+1
1: 6541=654
2: 6542=6541+1=6541⋅6541 ≡ 654⋅654=427716 ≡ 361 mod 673
4: 6544=6542+2=6542⋅6542 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 432 mod 673
8: 6548=6544+4=6544⋅6544 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 203 mod 673
16: 65416=6548+8=6548⋅6548 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 156 mod 673
32: 65432=65416+16=65416⋅65416 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 108 mod 673
64: 65464=65432+32=65432⋅65432 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 223 mod 673
654109
= 65464+32+8+4+1
= 65464⋅65432⋅6548⋅6544⋅6541
≡ 223 ⋅ 108 ⋅ 203 ⋅ 432 ⋅ 654 mod 673
≡ 24084 ⋅ 203 ⋅ 432 ⋅ 654 mod 673 ≡ 529 ⋅ 203 ⋅ 432 ⋅ 654 mod 673
≡ 107387 ⋅ 432 ⋅ 654 mod 673 ≡ 380 ⋅ 432 ⋅ 654 mod 673
≡ 164160 ⋅ 654 mod 673 ≡ 621 ⋅ 654 mod 673
≡ 406134 mod 673 ≡ 315 mod 673
Es gilt also: 654109 ≡ 315 mod 673
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 42
| =>101 | = 2⋅42 + 17 |
| =>42 | = 2⋅17 + 8 |
| =>17 | = 2⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,42)=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= 17-2⋅8 | |||
| 8= 42-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -2⋅(42 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅42 +4⋅ 17) = -2⋅42 +5⋅ 17 (=1) |
| 17= 101-2⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅42 +5⋅(101 -2⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅101 -10⋅ 42) = 5⋅101 -12⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,42)=1 = 5⋅101 -12⋅42
oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅101 = -12⋅42
-12⋅42 = -5⋅101 + 1 |+101⋅42
-12⋅42 + 101⋅42 = -5⋅101 + 101⋅42 + 1
(-12 + 101) ⋅ 42 = (-5 + 42) ⋅ 101 + 1
89⋅42 = 37⋅101 + 1
Es gilt also: 89⋅42 = 37⋅101 +1
Somit 89⋅42 = 1 mod 101
89 ist also das Inverse von 42 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
