Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15002 + 2497) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15002 + 2497) mod 5 ≡ (15002 mod 5 + 2497 mod 5) mod 5.
15002 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15002
= 15000
2497 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2497
= 2400
Somit gilt:
(15002 + 2497) mod 5 ≡ (2 + 2) mod 5 ≡ 4 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (80 ⋅ 97) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(80 ⋅ 97) mod 10 ≡ (80 mod 10 ⋅ 97 mod 10) mod 10.
80 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80 + 0 = 8 ⋅ 10 + 0 ist.
97 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 90 + 7 = 9 ⋅ 10 + 7 ist.
Somit gilt:
(80 ⋅ 97) mod 10 ≡ (0 ⋅ 7) mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 238128 mod 383.
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. 238 -> x
2. mod(x²,383) -> 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: 2381=238
2: 2382=2381+1=2381⋅2381 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 343 mod 383
4: 2384=2382+2=2382⋅2382 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 68 mod 383
8: 2388=2384+4=2384⋅2384 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 28 mod 383
16: 23816=2388+8=2388⋅2388 ≡ 28⋅28=784 ≡ 18 mod 383
32: 23832=23816+16=23816⋅23816 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 383
64: 23864=23832+32=23832⋅23832 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 34 mod 383
128: 238128=23864+64=23864⋅23864 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 7 mod 383
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 374242 mod 401.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 242 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 242 an und zerlegen 242 in eine Summer von 2er-Potenzen:
242 = 128+64+32+16+2
1: 3741=374
2: 3742=3741+1=3741⋅3741 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 328 mod 401
4: 3744=3742+2=3742⋅3742 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 116 mod 401
8: 3748=3744+4=3744⋅3744 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 223 mod 401
16: 37416=3748+8=3748⋅3748 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 5 mod 401
32: 37432=37416+16=37416⋅37416 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 401
64: 37464=37432+32=37432⋅37432 ≡ 25⋅25=625 ≡ 224 mod 401
128: 374128=37464+64=37464⋅37464 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 51 mod 401
374242
= 374128+64+32+16+2
= 374128⋅37464⋅37432⋅37416⋅3742
≡ 51 ⋅ 224 ⋅ 25 ⋅ 5 ⋅ 328 mod 401
≡ 11424 ⋅ 25 ⋅ 5 ⋅ 328 mod 401 ≡ 196 ⋅ 25 ⋅ 5 ⋅ 328 mod 401
≡ 4900 ⋅ 5 ⋅ 328 mod 401 ≡ 88 ⋅ 5 ⋅ 328 mod 401
≡ 440 ⋅ 328 mod 401 ≡ 39 ⋅ 328 mod 401
≡ 12792 mod 401 ≡ 361 mod 401
Es gilt also: 374242 ≡ 361 mod 401
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 18.
Also bestimme x, so dass 18 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 18
| =>61 | = 3⋅18 + 7 |
| =>18 | = 2⋅7 + 4 |
| =>7 | = 1⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,18)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 7-1⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(7 -1⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅7 +1⋅ 4) = -1⋅7 +2⋅ 4 (=1) |
| 4= 18-2⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅7 +2⋅(18 -2⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅18 -4⋅ 7) = 2⋅18 -5⋅ 7 (=1) |
| 7= 61-3⋅18 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅18 -5⋅(61 -3⋅ 18)
= 2⋅18 -5⋅61 +15⋅ 18) = -5⋅61 +17⋅ 18 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,18)=1 = -5⋅61 +17⋅18
oder wenn man -5⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅61 = +17⋅18
Es gilt also: 17⋅18 = 5⋅61 +1
Somit 17⋅18 = 1 mod 61
17 ist also das Inverse von 18 mod 61
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.
