Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (894 + 8995) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(894 + 8995) mod 9 ≡ (894 mod 9 + 8995 mod 9) mod 9.
894 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 894
= 900
8995 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8995
= 9000
Somit gilt:
(894 + 8995) mod 9 ≡ (3 + 4) mod 9 ≡ 7 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (55 ⋅ 45) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(55 ⋅ 45) mod 7 ≡ (55 mod 7 ⋅ 45 mod 7) mod 7.
55 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 49 + 6 = 7 ⋅ 7 + 6 ist.
45 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 42 + 3 = 6 ⋅ 7 + 3 ist.
Somit gilt:
(55 ⋅ 45) mod 7 ≡ (6 ⋅ 3) mod 7 ≡ 18 mod 7 ≡ 4 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 30316 mod 313.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 303 -> x
2. mod(x²,313) -> 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: 3031=303
2: 3032=3031+1=3031⋅3031 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 100 mod 313
4: 3034=3032+2=3032⋅3032 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 297 mod 313
8: 3038=3034+4=3034⋅3034 ≡ 297⋅297=88209 ≡ 256 mod 313
16: 30316=3038+8=3038⋅3038 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 119 mod 313
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 252238 mod 271.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 238 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 238 an und zerlegen 238 in eine Summer von 2er-Potenzen:
238 = 128+64+32+8+4+2
1: 2521=252
2: 2522=2521+1=2521⋅2521 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 90 mod 271
4: 2524=2522+2=2522⋅2522 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 241 mod 271
8: 2528=2524+4=2524⋅2524 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 87 mod 271
16: 25216=2528+8=2528⋅2528 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 252 mod 271
32: 25232=25216+16=25216⋅25216 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 90 mod 271
64: 25264=25232+32=25232⋅25232 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 241 mod 271
128: 252128=25264+64=25264⋅25264 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 87 mod 271
252238
= 252128+64+32+8+4+2
= 252128⋅25264⋅25232⋅2528⋅2524⋅2522
≡ 87 ⋅ 241 ⋅ 90 ⋅ 87 ⋅ 241 ⋅ 90 mod 271
≡ 20967 ⋅ 90 ⋅ 87 ⋅ 241 ⋅ 90 mod 271 ≡ 100 ⋅ 90 ⋅ 87 ⋅ 241 ⋅ 90 mod 271
≡ 9000 ⋅ 87 ⋅ 241 ⋅ 90 mod 271 ≡ 57 ⋅ 87 ⋅ 241 ⋅ 90 mod 271
≡ 4959 ⋅ 241 ⋅ 90 mod 271 ≡ 81 ⋅ 241 ⋅ 90 mod 271
≡ 19521 ⋅ 90 mod 271 ≡ 9 ⋅ 90 mod 271
≡ 810 mod 271 ≡ 268 mod 271
Es gilt also: 252238 ≡ 268 mod 271
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 49.
Also bestimme x, so dass 49 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 49
| =>71 | = 1⋅49 + 22 |
| =>49 | = 2⋅22 + 5 |
| =>22 | = 4⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,49)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 22-4⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(22 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅22 +8⋅ 5) = -2⋅22 +9⋅ 5 (=1) |
| 5= 49-2⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅22 +9⋅(49 -2⋅ 22)
= -2⋅22 +9⋅49 -18⋅ 22) = 9⋅49 -20⋅ 22 (=1) |
| 22= 71-1⋅49 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 9⋅49 -20⋅(71 -1⋅ 49)
= 9⋅49 -20⋅71 +20⋅ 49) = -20⋅71 +29⋅ 49 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,49)=1 = -20⋅71 +29⋅49
oder wenn man -20⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 +20⋅71 = +29⋅49
Es gilt also: 29⋅49 = 20⋅71 +1
Somit 29⋅49 = 1 mod 71
29 ist also das Inverse von 49 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
