Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (7999 + 159) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(7999 + 159) mod 4 ≡ (7999 mod 4 + 159 mod 4) mod 4.
7999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7999
= 7000
159 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 159
= 160
Somit gilt:
(7999 + 159) mod 4 ≡ (3 + 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (41 ⋅ 15) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(41 ⋅ 15) mod 4 ≡ (41 mod 4 ⋅ 15 mod 4) mod 4.
41 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 40 + 1 = 10 ⋅ 4 + 1 ist.
15 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 12 + 3 = 3 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(41 ⋅ 15) mod 4 ≡ (1 ⋅ 3) mod 4 ≡ 3 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 34416 mod 691.
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. 344 -> x
2. mod(x²,691) -> 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: 3441=344
2: 3442=3441+1=3441⋅3441 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 175 mod 691
4: 3444=3442+2=3442⋅3442 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 221 mod 691
8: 3448=3444+4=3444⋅3444 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 471 mod 691
16: 34416=3448+8=3448⋅3448 ≡ 471⋅471=221841 ≡ 30 mod 691
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 26895 mod 307.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 95 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 95 an und zerlegen 95 in eine Summer von 2er-Potenzen:
95 = 64+16+8+4+2+1
1: 2681=268
2: 2682=2681+1=2681⋅2681 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 293 mod 307
4: 2684=2682+2=2682⋅2682 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 196 mod 307
8: 2688=2684+4=2684⋅2684 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 41 mod 307
16: 26816=2688+8=2688⋅2688 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 146 mod 307
32: 26832=26816+16=26816⋅26816 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 133 mod 307
64: 26864=26832+32=26832⋅26832 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 190 mod 307
26895
= 26864+16+8+4+2+1
= 26864⋅26816⋅2688⋅2684⋅2682⋅2681
≡ 190 ⋅ 146 ⋅ 41 ⋅ 196 ⋅ 293 ⋅ 268 mod 307
≡ 27740 ⋅ 41 ⋅ 196 ⋅ 293 ⋅ 268 mod 307 ≡ 110 ⋅ 41 ⋅ 196 ⋅ 293 ⋅ 268 mod 307
≡ 4510 ⋅ 196 ⋅ 293 ⋅ 268 mod 307 ≡ 212 ⋅ 196 ⋅ 293 ⋅ 268 mod 307
≡ 41552 ⋅ 293 ⋅ 268 mod 307 ≡ 107 ⋅ 293 ⋅ 268 mod 307
≡ 31351 ⋅ 268 mod 307 ≡ 37 ⋅ 268 mod 307
≡ 9916 mod 307 ≡ 92 mod 307
Es gilt also: 26895 ≡ 92 mod 307
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 43.
Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 43
| =>101 | = 2⋅43 + 15 |
| =>43 | = 2⋅15 + 13 |
| =>15 | = 1⋅13 + 2 |
| =>13 | = 6⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,43)=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= 13-6⋅2 | |||
| 2= 15-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -6⋅(15 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -6⋅15 +6⋅ 13) = -6⋅15 +7⋅ 13 (=1) |
| 13= 43-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅15 +7⋅(43 -2⋅ 15)
= -6⋅15 +7⋅43 -14⋅ 15) = 7⋅43 -20⋅ 15 (=1) |
| 15= 101-2⋅43 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅43 -20⋅(101 -2⋅ 43)
= 7⋅43 -20⋅101 +40⋅ 43) = -20⋅101 +47⋅ 43 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,43)=1 = -20⋅101 +47⋅43
oder wenn man -20⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +20⋅101 = +47⋅43
Es gilt also: 47⋅43 = 20⋅101 +1
Somit 47⋅43 = 1 mod 101
47 ist also das Inverse von 43 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
