Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (95 - 908) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(95 - 908) mod 9 ≡ (95 mod 9 - 908 mod 9) mod 9.
95 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95
= 90
908 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 908
= 900
Somit gilt:
(95 - 908) mod 9 ≡ (5 - 8) mod 9 ≡ -3 mod 9 ≡ 6 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (85 ⋅ 46) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(85 ⋅ 46) mod 11 ≡ (85 mod 11 ⋅ 46 mod 11) mod 11.
85 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 77 + 8 = 7 ⋅ 11 + 8 ist.
46 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 44 + 2 = 4 ⋅ 11 + 2 ist.
Somit gilt:
(85 ⋅ 46) mod 11 ≡ (8 ⋅ 2) mod 11 ≡ 16 mod 11 ≡ 5 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 24464 mod 313.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 244 -> 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: 2441=244
2: 2442=2441+1=2441⋅2441 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 66 mod 313
4: 2444=2442+2=2442⋅2442 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 287 mod 313
8: 2448=2444+4=2444⋅2444 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 50 mod 313
16: 24416=2448+8=2448⋅2448 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 309 mod 313
32: 24432=24416+16=24416⋅24416 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 16 mod 313
64: 24464=24432+32=24432⋅24432 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 313
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 491213 mod 937.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 213 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 213 an und zerlegen 213 in eine Summer von 2er-Potenzen:
213 = 128+64+16+4+1
1: 4911=491
2: 4912=4911+1=4911⋅4911 ≡ 491⋅491=241081 ≡ 272 mod 937
4: 4914=4912+2=4912⋅4912 ≡ 272⋅272=73984 ≡ 898 mod 937
8: 4918=4914+4=4914⋅4914 ≡ 898⋅898=806404 ≡ 584 mod 937
16: 49116=4918+8=4918⋅4918 ≡ 584⋅584=341056 ≡ 925 mod 937
32: 49132=49116+16=49116⋅49116 ≡ 925⋅925=855625 ≡ 144 mod 937
64: 49164=49132+32=49132⋅49132 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 122 mod 937
128: 491128=49164+64=49164⋅49164 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 829 mod 937
491213
= 491128+64+16+4+1
= 491128⋅49164⋅49116⋅4914⋅4911
≡ 829 ⋅ 122 ⋅ 925 ⋅ 898 ⋅ 491 mod 937
≡ 101138 ⋅ 925 ⋅ 898 ⋅ 491 mod 937 ≡ 879 ⋅ 925 ⋅ 898 ⋅ 491 mod 937
≡ 813075 ⋅ 898 ⋅ 491 mod 937 ≡ 696 ⋅ 898 ⋅ 491 mod 937
≡ 625008 ⋅ 491 mod 937 ≡ 29 ⋅ 491 mod 937
≡ 14239 mod 937 ≡ 184 mod 937
Es gilt also: 491213 ≡ 184 mod 937
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 28.
Also bestimme x, so dass 28 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 28
| =>61 | = 2⋅28 + 5 |
| =>28 | = 5⋅5 + 3 |
| =>5 | = 1⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,28)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 5-1⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(5 -1⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅5 +1⋅ 3) = -1⋅5 +2⋅ 3 (=1) |
| 3= 28-5⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅5 +2⋅(28 -5⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅28 -10⋅ 5) = 2⋅28 -11⋅ 5 (=1) |
| 5= 61-2⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅28 -11⋅(61 -2⋅ 28)
= 2⋅28 -11⋅61 +22⋅ 28) = -11⋅61 +24⋅ 28 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,28)=1 = -11⋅61 +24⋅28
oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅61 = +24⋅28
Es gilt also: 24⋅28 = 11⋅61 +1
Somit 24⋅28 = 1 mod 61
24 ist also das Inverse von 28 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
