Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1802 - 45005) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1802 - 45005) mod 9 ≡ (1802 mod 9 - 45005 mod 9) mod 9.
1802 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1802
= 1800
45005 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45005
= 45000
Somit gilt:
(1802 - 45005) mod 9 ≡ (2 - 5) mod 9 ≡ -3 mod 9 ≡ 6 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (80 ⋅ 51) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(80 ⋅ 51) mod 7 ≡ (80 mod 7 ⋅ 51 mod 7) mod 7.
80 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 77 + 3 = 11 ⋅ 7 + 3 ist.
51 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 49 + 2 = 7 ⋅ 7 + 2 ist.
Somit gilt:
(80 ⋅ 51) mod 7 ≡ (3 ⋅ 2) mod 7 ≡ 6 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 20732 mod 331.
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. 207 -> x
2. mod(x²,331) -> 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: 2071=207
2: 2072=2071+1=2071⋅2071 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 150 mod 331
4: 2074=2072+2=2072⋅2072 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 323 mod 331
8: 2078=2074+4=2074⋅2074 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 64 mod 331
16: 20716=2078+8=2078⋅2078 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 124 mod 331
32: 20732=20716+16=20716⋅20716 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 150 mod 331
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 890122 mod 953.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 122 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 122 an und zerlegen 122 in eine Summer von 2er-Potenzen:
122 = 64+32+16+8+2
1: 8901=890
2: 8902=8901+1=8901⋅8901 ≡ 890⋅890=792100 ≡ 157 mod 953
4: 8904=8902+2=8902⋅8902 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 824 mod 953
8: 8908=8904+4=8904⋅8904 ≡ 824⋅824=678976 ≡ 440 mod 953
16: 89016=8908+8=8908⋅8908 ≡ 440⋅440=193600 ≡ 141 mod 953
32: 89032=89016+16=89016⋅89016 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 821 mod 953
64: 89064=89032+32=89032⋅89032 ≡ 821⋅821=674041 ≡ 270 mod 953
890122
= 89064+32+16+8+2
= 89064⋅89032⋅89016⋅8908⋅8902
≡ 270 ⋅ 821 ⋅ 141 ⋅ 440 ⋅ 157 mod 953
≡ 221670 ⋅ 141 ⋅ 440 ⋅ 157 mod 953 ≡ 574 ⋅ 141 ⋅ 440 ⋅ 157 mod 953
≡ 80934 ⋅ 440 ⋅ 157 mod 953 ≡ 882 ⋅ 440 ⋅ 157 mod 953
≡ 388080 ⋅ 157 mod 953 ≡ 209 ⋅ 157 mod 953
≡ 32813 mod 953 ≡ 411 mod 953
Es gilt also: 890122 ≡ 411 mod 953
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 42
| =>59 | = 1⋅42 + 17 |
| =>42 | = 2⋅17 + 8 |
| =>17 | = 2⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,42)=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= 59-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅42 +5⋅(59 -1⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅59 -5⋅ 42) = 5⋅59 -7⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,42)=1 = 5⋅59 -7⋅42
oder wenn man 5⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅59 = -7⋅42
-7⋅42 = -5⋅59 + 1 |+59⋅42
-7⋅42 + 59⋅42 = -5⋅59 + 59⋅42 + 1
(-7 + 59) ⋅ 42 = (-5 + 42) ⋅ 59 + 1
52⋅42 = 37⋅59 + 1
Es gilt also: 52⋅42 = 37⋅59 +1
Somit 52⋅42 = 1 mod 59
52 ist also das Inverse von 42 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
