Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (599 + 12000) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(599 + 12000) mod 6 ≡ (599 mod 6 + 12000 mod 6) mod 6.
599 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 599
= 600
12000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000
= 12000
Somit gilt:
(599 + 12000) mod 6 ≡ (5 + 0) mod 6 ≡ 5 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (88 ⋅ 95) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(88 ⋅ 95) mod 7 ≡ (88 mod 7 ⋅ 95 mod 7) mod 7.
88 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 84 + 4 = 12 ⋅ 7 + 4 ist.
95 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 91 + 4 = 13 ⋅ 7 + 4 ist.
Somit gilt:
(88 ⋅ 95) mod 7 ≡ (4 ⋅ 4) mod 7 ≡ 16 mod 7 ≡ 2 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 14864 mod 311.
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. 148 -> x
2. mod(x²,311) -> 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: 1481=148
2: 1482=1481+1=1481⋅1481 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 134 mod 311
4: 1484=1482+2=1482⋅1482 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 229 mod 311
8: 1488=1484+4=1484⋅1484 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 193 mod 311
16: 14816=1488+8=1488⋅1488 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 240 mod 311
32: 14832=14816+16=14816⋅14816 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 65 mod 311
64: 14864=14832+32=14832⋅14832 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 182 mod 311
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 34099 mod 463.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 99 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 99 an und zerlegen 99 in eine Summer von 2er-Potenzen:
99 = 64+32+2+1
1: 3401=340
2: 3402=3401+1=3401⋅3401 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 313 mod 463
4: 3404=3402+2=3402⋅3402 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 276 mod 463
8: 3408=3404+4=3404⋅3404 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 244 mod 463
16: 34016=3408+8=3408⋅3408 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 272 mod 463
32: 34032=34016+16=34016⋅34016 ≡ 272⋅272=73984 ≡ 367 mod 463
64: 34064=34032+32=34032⋅34032 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 419 mod 463
34099
= 34064+32+2+1
= 34064⋅34032⋅3402⋅3401
≡ 419 ⋅ 367 ⋅ 313 ⋅ 340 mod 463
≡ 153773 ⋅ 313 ⋅ 340 mod 463 ≡ 57 ⋅ 313 ⋅ 340 mod 463
≡ 17841 ⋅ 340 mod 463 ≡ 247 ⋅ 340 mod 463
≡ 83980 mod 463 ≡ 177 mod 463
Es gilt also: 34099 ≡ 177 mod 463
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 35.
Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 35
| =>73 | = 2⋅35 + 3 |
| =>35 | = 11⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,35)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 35-11⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(35 -11⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅35 +11⋅ 3) = -1⋅35 +12⋅ 3 (=1) |
| 3= 73-2⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅35 +12⋅(73 -2⋅ 35)
= -1⋅35 +12⋅73 -24⋅ 35) = 12⋅73 -25⋅ 35 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,35)=1 = 12⋅73 -25⋅35
oder wenn man 12⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 -12⋅73 = -25⋅35
-25⋅35 = -12⋅73 + 1 |+73⋅35
-25⋅35 + 73⋅35 = -12⋅73 + 73⋅35 + 1
(-25 + 73) ⋅ 35 = (-12 + 35) ⋅ 73 + 1
48⋅35 = 23⋅73 + 1
Es gilt also: 48⋅35 = 23⋅73 +1
Somit 48⋅35 = 1 mod 73
48 ist also das Inverse von 35 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
