Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (7998 - 15998) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(7998 - 15998) mod 4 ≡ (7998 mod 4 - 15998 mod 4) mod 4.
7998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7998
= 7000
15998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15998
= 15000
Somit gilt:
(7998 - 15998) mod 4 ≡ (2 - 2) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 72) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(32 ⋅ 72) mod 7 ≡ (32 mod 7 ⋅ 72 mod 7) mod 7.
32 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 28 + 4 = 4 ⋅ 7 + 4 ist.
72 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 70 + 2 = 10 ⋅ 7 + 2 ist.
Somit gilt:
(32 ⋅ 72) mod 7 ≡ (4 ⋅ 2) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 34932 mod 547.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 349 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 3491=349
2: 3492=3491+1=3491⋅3491 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 367 mod 547
4: 3494=3492+2=3492⋅3492 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 127 mod 547
8: 3498=3494+4=3494⋅3494 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 266 mod 547
16: 34916=3498+8=3498⋅3498 ≡ 266⋅266=70756 ≡ 193 mod 547
32: 34932=34916+16=34916⋅34916 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 53 mod 547
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 126119 mod 241.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 119 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 119 an und zerlegen 119 in eine Summer von 2er-Potenzen:
119 = 64+32+16+4+2+1
1: 1261=126
2: 1262=1261+1=1261⋅1261 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 211 mod 241
4: 1264=1262+2=1262⋅1262 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 177 mod 241
8: 1268=1264+4=1264⋅1264 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 240 mod 241
16: 12616=1268+8=1268⋅1268 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 1 mod 241
32: 12632=12616+16=12616⋅12616 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 241
64: 12664=12632+32=12632⋅12632 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 241
126119
= 12664+32+16+4+2+1
= 12664⋅12632⋅12616⋅1264⋅1262⋅1261
≡ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 177 ⋅ 211 ⋅ 126 mod 241
≡ 1 ⋅ 1 ⋅ 177 ⋅ 211 ⋅ 126 mod 241
≡ 1 ⋅ 177 ⋅ 211 ⋅ 126 mod 241
≡ 177 ⋅ 211 ⋅ 126 mod 241
≡ 37347 ⋅ 126 mod 241 ≡ 233 ⋅ 126 mod 241
≡ 29358 mod 241 ≡ 197 mod 241
Es gilt also: 126119 ≡ 197 mod 241
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 69.
Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 69
=>83 | = 1⋅69 + 14 |
=>69 | = 4⋅14 + 13 |
=>14 | = 1⋅13 + 1 |
=>13 | = 13⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,69)=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= 14-1⋅13 | |||
13= 69-4⋅14 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅14 -1⋅(69 -4⋅ 14)
= 1⋅14 -1⋅69 +4⋅ 14) = -1⋅69 +5⋅ 14 (=1) |
14= 83-1⋅69 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅69 +5⋅(83 -1⋅ 69)
= -1⋅69 +5⋅83 -5⋅ 69) = 5⋅83 -6⋅ 69 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,69)=1 = 5⋅83 -6⋅69
oder wenn man 5⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅83 = -6⋅69
-6⋅69 = -5⋅83 + 1 |+83⋅69
-6⋅69 + 83⋅69 = -5⋅83 + 83⋅69 + 1
(-6 + 83) ⋅ 69 = (-5 + 69) ⋅ 83 + 1
77⋅69 = 64⋅83 + 1
Es gilt also: 77⋅69 = 64⋅83 +1
Somit 77⋅69 = 1 mod 83
77 ist also das Inverse von 69 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.