Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (9000 + 30) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(9000 + 30) mod 3 ≡ (9000 mod 3 + 30 mod 3) mod 3.
9000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9000
= 9000
30 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30
= 30
Somit gilt:
(9000 + 30) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 100) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(83 ⋅ 100) mod 7 ≡ (83 mod 7 ⋅ 100 mod 7) mod 7.
83 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 77 + 6 = 11 ⋅ 7 + 6 ist.
100 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 98 + 2 = 14 ⋅ 7 + 2 ist.
Somit gilt:
(83 ⋅ 100) mod 7 ≡ (6 ⋅ 2) mod 7 ≡ 12 mod 7 ≡ 5 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 127128 mod 227.
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. 127 -> x
2. mod(x²,227) -> 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: 1271=127
2: 1272=1271+1=1271⋅1271 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 12 mod 227
4: 1274=1272+2=1272⋅1272 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 227
8: 1278=1274+4=1274⋅1274 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 79 mod 227
16: 12716=1278+8=1278⋅1278 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 112 mod 227
32: 12732=12716+16=12716⋅12716 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 59 mod 227
64: 12764=12732+32=12732⋅12732 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 76 mod 227
128: 127128=12764+64=12764⋅12764 ≡ 76⋅76=5776 ≡ 101 mod 227
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 175244 mod 401.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 244 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 244 an und zerlegen 244 in eine Summer von 2er-Potenzen:
244 = 128+64+32+16+4
1: 1751=175
2: 1752=1751+1=1751⋅1751 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 149 mod 401
4: 1754=1752+2=1752⋅1752 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 146 mod 401
8: 1758=1754+4=1754⋅1754 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 63 mod 401
16: 17516=1758+8=1758⋅1758 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 360 mod 401
32: 17532=17516+16=17516⋅17516 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 77 mod 401
64: 17564=17532+32=17532⋅17532 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 315 mod 401
128: 175128=17564+64=17564⋅17564 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 178 mod 401
175244
= 175128+64+32+16+4
= 175128⋅17564⋅17532⋅17516⋅1754
≡ 178 ⋅ 315 ⋅ 77 ⋅ 360 ⋅ 146 mod 401
≡ 56070 ⋅ 77 ⋅ 360 ⋅ 146 mod 401 ≡ 331 ⋅ 77 ⋅ 360 ⋅ 146 mod 401
≡ 25487 ⋅ 360 ⋅ 146 mod 401 ≡ 224 ⋅ 360 ⋅ 146 mod 401
≡ 80640 ⋅ 146 mod 401 ≡ 39 ⋅ 146 mod 401
≡ 5694 mod 401 ≡ 80 mod 401
Es gilt also: 175244 ≡ 80 mod 401
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 37.
Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 37
| =>53 | = 1⋅37 + 16 |
| =>37 | = 2⋅16 + 5 |
| =>16 | = 3⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,37)=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= 16-3⋅5 | |||
| 5= 37-2⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅16 -3⋅(37 -2⋅ 16)
= 1⋅16 -3⋅37 +6⋅ 16) = -3⋅37 +7⋅ 16 (=1) |
| 16= 53-1⋅37 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅37 +7⋅(53 -1⋅ 37)
= -3⋅37 +7⋅53 -7⋅ 37) = 7⋅53 -10⋅ 37 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,37)=1 = 7⋅53 -10⋅37
oder wenn man 7⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅53 = -10⋅37
-10⋅37 = -7⋅53 + 1 |+53⋅37
-10⋅37 + 53⋅37 = -7⋅53 + 53⋅37 + 1
(-10 + 53) ⋅ 37 = (-7 + 37) ⋅ 53 + 1
43⋅37 = 30⋅53 + 1
Es gilt also: 43⋅37 = 30⋅53 +1
Somit 43⋅37 = 1 mod 53
43 ist also das Inverse von 37 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
