Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1600 + 16000) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1600 + 16000) mod 8 ≡ (1600 mod 8 + 16000 mod 8) mod 8.
1600 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1600
= 1600
16000 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16000
= 16000
Somit gilt:
(1600 + 16000) mod 8 ≡ (0 + 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (44 ⋅ 70) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(44 ⋅ 70) mod 10 ≡ (44 mod 10 ⋅ 70 mod 10) mod 10.
44 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 40 + 4 = 4 ⋅ 10 + 4 ist.
70 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 7 ⋅ 10 + 0 ist.
Somit gilt:
(44 ⋅ 70) mod 10 ≡ (4 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 994128 mod 1009.
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. 994 -> x
2. mod(x²,1009) -> 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: 9941=994
2: 9942=9941+1=9941⋅9941 ≡ 994⋅994=988036 ≡ 225 mod 1009
4: 9944=9942+2=9942⋅9942 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 175 mod 1009
8: 9948=9944+4=9944⋅9944 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 355 mod 1009
16: 99416=9948+8=9948⋅9948 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 909 mod 1009
32: 99432=99416+16=99416⋅99416 ≡ 909⋅909=826281 ≡ 919 mod 1009
64: 99464=99432+32=99432⋅99432 ≡ 919⋅919=844561 ≡ 28 mod 1009
128: 994128=99464+64=99464⋅99464 ≡ 28⋅28=784 ≡ 784 mod 1009
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 429233 mod 823.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 233 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 233 an und zerlegen 233 in eine Summer von 2er-Potenzen:
233 = 128+64+32+8+1
1: 4291=429
2: 4292=4291+1=4291⋅4291 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 512 mod 823
4: 4294=4292+2=4292⋅4292 ≡ 512⋅512=262144 ≡ 430 mod 823
8: 4298=4294+4=4294⋅4294 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 548 mod 823
16: 42916=4298+8=4298⋅4298 ≡ 548⋅548=300304 ≡ 732 mod 823
32: 42932=42916+16=42916⋅42916 ≡ 732⋅732=535824 ≡ 51 mod 823
64: 42964=42932+32=42932⋅42932 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 132 mod 823
128: 429128=42964+64=42964⋅42964 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 141 mod 823
429233
= 429128+64+32+8+1
= 429128⋅42964⋅42932⋅4298⋅4291
≡ 141 ⋅ 132 ⋅ 51 ⋅ 548 ⋅ 429 mod 823
≡ 18612 ⋅ 51 ⋅ 548 ⋅ 429 mod 823 ≡ 506 ⋅ 51 ⋅ 548 ⋅ 429 mod 823
≡ 25806 ⋅ 548 ⋅ 429 mod 823 ≡ 293 ⋅ 548 ⋅ 429 mod 823
≡ 160564 ⋅ 429 mod 823 ≡ 79 ⋅ 429 mod 823
≡ 33891 mod 823 ≡ 148 mod 823
Es gilt also: 429233 ≡ 148 mod 823
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 76.
Also bestimme x, so dass 76 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 76
| =>83 | = 1⋅76 + 7 |
| =>76 | = 10⋅7 + 6 |
| =>7 | = 1⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,76)=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= 7-1⋅6 | |||
| 6= 76-10⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -1⋅(76 -10⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅76 +10⋅ 7) = -1⋅76 +11⋅ 7 (=1) |
| 7= 83-1⋅76 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅76 +11⋅(83 -1⋅ 76)
= -1⋅76 +11⋅83 -11⋅ 76) = 11⋅83 -12⋅ 76 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,76)=1 = 11⋅83 -12⋅76
oder wenn man 11⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅83 = -12⋅76
-12⋅76 = -11⋅83 + 1 |+83⋅76
-12⋅76 + 83⋅76 = -11⋅83 + 83⋅76 + 1
(-12 + 83) ⋅ 76 = (-11 + 76) ⋅ 83 + 1
71⋅76 = 65⋅83 + 1
Es gilt also: 71⋅76 = 65⋅83 +1
Somit 71⋅76 = 1 mod 83
71 ist also das Inverse von 76 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
