Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (159 + 3193) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(159 + 3193) mod 8 ≡ (159 mod 8 + 3193 mod 8) mod 8.
159 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 159
= 160
3193 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3193
= 3200
Somit gilt:
(159 + 3193) mod 8 ≡ (7 + 1) mod 8 ≡ 8 mod 8 ≡ 0 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (48 ⋅ 65) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(48 ⋅ 65) mod 10 ≡ (48 mod 10 ⋅ 65 mod 10) mod 10.
48 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 40 + 8 = 4 ⋅ 10 + 8 ist.
65 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 60 + 5 = 6 ⋅ 10 + 5 ist.
Somit gilt:
(48 ⋅ 65) mod 10 ≡ (8 ⋅ 5) mod 10 ≡ 40 mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 184128 mod 239.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 184 -> x
2. mod(x²,239) -> 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: 1841=184
2: 1842=1841+1=1841⋅1841 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 157 mod 239
4: 1844=1842+2=1842⋅1842 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 32 mod 239
8: 1848=1844+4=1844⋅1844 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 68 mod 239
16: 18416=1848+8=1848⋅1848 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 83 mod 239
32: 18432=18416+16=18416⋅18416 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 197 mod 239
64: 18464=18432+32=18432⋅18432 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 91 mod 239
128: 184128=18464+64=18464⋅18464 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 155 mod 239
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 283115 mod 739.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 115 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 115 an und zerlegen 115 in eine Summer von 2er-Potenzen:
115 = 64+32+16+2+1
1: 2831=283
2: 2832=2831+1=2831⋅2831 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 277 mod 739
4: 2834=2832+2=2832⋅2832 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 612 mod 739
8: 2838=2834+4=2834⋅2834 ≡ 612⋅612=374544 ≡ 610 mod 739
16: 28316=2838+8=2838⋅2838 ≡ 610⋅610=372100 ≡ 383 mod 739
32: 28332=28316+16=28316⋅28316 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 367 mod 739
64: 28364=28332+32=28332⋅28332 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 191 mod 739
283115
= 28364+32+16+2+1
= 28364⋅28332⋅28316⋅2832⋅2831
≡ 191 ⋅ 367 ⋅ 383 ⋅ 277 ⋅ 283 mod 739
≡ 70097 ⋅ 383 ⋅ 277 ⋅ 283 mod 739 ≡ 631 ⋅ 383 ⋅ 277 ⋅ 283 mod 739
≡ 241673 ⋅ 277 ⋅ 283 mod 739 ≡ 20 ⋅ 277 ⋅ 283 mod 739
≡ 5540 ⋅ 283 mod 739 ≡ 367 ⋅ 283 mod 739
≡ 103861 mod 739 ≡ 401 mod 739
Es gilt also: 283115 ≡ 401 mod 739
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 30.
Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 30
| =>83 | = 2⋅30 + 23 |
| =>30 | = 1⋅23 + 7 |
| =>23 | = 3⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,30)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 23-3⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(23 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅23 +9⋅ 7) = -3⋅23 +10⋅ 7 (=1) |
| 7= 30-1⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅23 +10⋅(30 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +10⋅30 -10⋅ 23) = 10⋅30 -13⋅ 23 (=1) |
| 23= 83-2⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 10⋅30 -13⋅(83 -2⋅ 30)
= 10⋅30 -13⋅83 +26⋅ 30) = -13⋅83 +36⋅ 30 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,30)=1 = -13⋅83 +36⋅30
oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅83 = +36⋅30
Es gilt also: 36⋅30 = 13⋅83 +1
Somit 36⋅30 = 1 mod 83
36 ist also das Inverse von 30 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
