Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15000 - 8997) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15000 - 8997) mod 3 ≡ (15000 mod 3 - 8997 mod 3) mod 3.
15000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15000
= 15000
8997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8997
= 9000
Somit gilt:
(15000 - 8997) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 52) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(43 ⋅ 52) mod 9 ≡ (43 mod 9 ⋅ 52 mod 9) mod 9.
43 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 36 + 7 = 4 ⋅ 9 + 7 ist.
52 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 45 + 7 = 5 ⋅ 9 + 7 ist.
Somit gilt:
(43 ⋅ 52) mod 9 ≡ (7 ⋅ 7) mod 9 ≡ 49 mod 9 ≡ 4 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 57832 mod 631.
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. 578 -> x
2. mod(x²,631) -> 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: 5781=578
2: 5782=5781+1=5781⋅5781 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 285 mod 631
4: 5784=5782+2=5782⋅5782 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 457 mod 631
8: 5788=5784+4=5784⋅5784 ≡ 457⋅457=208849 ≡ 619 mod 631
16: 57816=5788+8=5788⋅5788 ≡ 619⋅619=383161 ≡ 144 mod 631
32: 57832=57816+16=57816⋅57816 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 544 mod 631
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 204248 mod 613.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:
248 = 128+64+32+16+8
1: 2041=204
2: 2042=2041+1=2041⋅2041 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 545 mod 613
4: 2044=2042+2=2042⋅2042 ≡ 545⋅545=297025 ≡ 333 mod 613
8: 2048=2044+4=2044⋅2044 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 549 mod 613
16: 20416=2048+8=2048⋅2048 ≡ 549⋅549=301401 ≡ 418 mod 613
32: 20432=20416+16=20416⋅20416 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 19 mod 613
64: 20464=20432+32=20432⋅20432 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 613
128: 204128=20464+64=20464⋅20464 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 365 mod 613
204248
= 204128+64+32+16+8
= 204128⋅20464⋅20432⋅20416⋅2048
≡ 365 ⋅ 361 ⋅ 19 ⋅ 418 ⋅ 549 mod 613
≡ 131765 ⋅ 19 ⋅ 418 ⋅ 549 mod 613 ≡ 583 ⋅ 19 ⋅ 418 ⋅ 549 mod 613
≡ 11077 ⋅ 418 ⋅ 549 mod 613 ≡ 43 ⋅ 418 ⋅ 549 mod 613
≡ 17974 ⋅ 549 mod 613 ≡ 197 ⋅ 549 mod 613
≡ 108153 mod 613 ≡ 265 mod 613
Es gilt also: 204248 ≡ 265 mod 613
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 77.
Also bestimme x, so dass 77 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 77
| =>89 | = 1⋅77 + 12 |
| =>77 | = 6⋅12 + 5 |
| =>12 | = 2⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,77)=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= 12-2⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5) = -2⋅12 +5⋅ 5 (=1) |
| 5= 77-6⋅12 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅12 +5⋅(77 -6⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅77 -30⋅ 12) = 5⋅77 -32⋅ 12 (=1) |
| 12= 89-1⋅77 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅77 -32⋅(89 -1⋅ 77)
= 5⋅77 -32⋅89 +32⋅ 77) = -32⋅89 +37⋅ 77 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,77)=1 = -32⋅89 +37⋅77
oder wenn man -32⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +32⋅89 = +37⋅77
Es gilt also: 37⋅77 = 32⋅89 +1
Somit 37⋅77 = 1 mod 89
37 ist also das Inverse von 77 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
