Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2996 - 2403) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2996 - 2403) mod 6 ≡ (2996 mod 6 - 2403 mod 6) mod 6.
2996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2996
= 3000
2403 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2403
= 2400
Somit gilt:
(2996 - 2403) mod 6 ≡ (2 - 3) mod 6 ≡ -1 mod 6 ≡ 5 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 43) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(19 ⋅ 43) mod 9 ≡ (19 mod 9 ⋅ 43 mod 9) mod 9.
19 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 18 + 1 = 2 ⋅ 9 + 1 ist.
43 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 36 + 7 = 4 ⋅ 9 + 7 ist.
Somit gilt:
(19 ⋅ 43) mod 9 ≡ (1 ⋅ 7) mod 9 ≡ 7 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 13264 mod 229.
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. 132 -> x
2. mod(x²,229) -> 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: 1321=132
2: 1322=1321+1=1321⋅1321 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 20 mod 229
4: 1324=1322+2=1322⋅1322 ≡ 20⋅20=400 ≡ 171 mod 229
8: 1328=1324+4=1324⋅1324 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 158 mod 229
16: 13216=1328+8=1328⋅1328 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 3 mod 229
32: 13232=13216+16=13216⋅13216 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 229
64: 13264=13232+32=13232⋅13232 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 229
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 295237 mod 659.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 237 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 237 an und zerlegen 237 in eine Summer von 2er-Potenzen:
237 = 128+64+32+8+4+1
1: 2951=295
2: 2952=2951+1=2951⋅2951 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 37 mod 659
4: 2954=2952+2=2952⋅2952 ≡ 37⋅37=1369 ≡ 51 mod 659
8: 2958=2954+4=2954⋅2954 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 624 mod 659
16: 29516=2958+8=2958⋅2958 ≡ 624⋅624=389376 ≡ 566 mod 659
32: 29532=29516+16=29516⋅29516 ≡ 566⋅566=320356 ≡ 82 mod 659
64: 29564=29532+32=29532⋅29532 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 134 mod 659
128: 295128=29564+64=29564⋅29564 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 163 mod 659
295237
= 295128+64+32+8+4+1
= 295128⋅29564⋅29532⋅2958⋅2954⋅2951
≡ 163 ⋅ 134 ⋅ 82 ⋅ 624 ⋅ 51 ⋅ 295 mod 659
≡ 21842 ⋅ 82 ⋅ 624 ⋅ 51 ⋅ 295 mod 659 ≡ 95 ⋅ 82 ⋅ 624 ⋅ 51 ⋅ 295 mod 659
≡ 7790 ⋅ 624 ⋅ 51 ⋅ 295 mod 659 ≡ 541 ⋅ 624 ⋅ 51 ⋅ 295 mod 659
≡ 337584 ⋅ 51 ⋅ 295 mod 659 ≡ 176 ⋅ 51 ⋅ 295 mod 659
≡ 8976 ⋅ 295 mod 659 ≡ 409 ⋅ 295 mod 659
≡ 120655 mod 659 ≡ 58 mod 659
Es gilt also: 295237 ≡ 58 mod 659
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 30.
Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 30
| =>73 | = 2⋅30 + 13 |
| =>30 | = 2⋅13 + 4 |
| =>13 | = 3⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,30)=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= 13-3⋅4 | |||
| 4= 30-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -3⋅(30 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -3⋅30 +6⋅ 13) = -3⋅30 +7⋅ 13 (=1) |
| 13= 73-2⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅30 +7⋅(73 -2⋅ 30)
= -3⋅30 +7⋅73 -14⋅ 30) = 7⋅73 -17⋅ 30 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,30)=1 = 7⋅73 -17⋅30
oder wenn man 7⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅73 = -17⋅30
-17⋅30 = -7⋅73 + 1 |+73⋅30
-17⋅30 + 73⋅30 = -7⋅73 + 73⋅30 + 1
(-17 + 73) ⋅ 30 = (-7 + 30) ⋅ 73 + 1
56⋅30 = 23⋅73 + 1
Es gilt also: 56⋅30 = 23⋅73 +1
Somit 56⋅30 = 1 mod 73
56 ist also das Inverse von 30 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
