Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (280 - 138) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(280 - 138) mod 7 ≡ (280 mod 7 - 138 mod 7) mod 7.
280 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 280
= 280
138 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 138
= 140
Somit gilt:
(280 - 138) mod 7 ≡ (0 - 5) mod 7 ≡ -5 mod 7 ≡ 2 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 87) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(52 ⋅ 87) mod 6 ≡ (52 mod 6 ⋅ 87 mod 6) mod 6.
52 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 48 + 4 = 8 ⋅ 6 + 4 ist.
87 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 84 + 3 = 14 ⋅ 6 + 3 ist.
Somit gilt:
(52 ⋅ 87) mod 6 ≡ (4 ⋅ 3) mod 6 ≡ 12 mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 18864 mod 389.
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. 188 -> x
2. mod(x²,389) -> 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: 1881=188
2: 1882=1881+1=1881⋅1881 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 334 mod 389
4: 1884=1882+2=1882⋅1882 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 302 mod 389
8: 1888=1884+4=1884⋅1884 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 178 mod 389
16: 18816=1888+8=1888⋅1888 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 175 mod 389
32: 18832=18816+16=18816⋅18816 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 283 mod 389
64: 18864=18832+32=18832⋅18832 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 344 mod 389
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 454236 mod 733.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 236 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 236 an und zerlegen 236 in eine Summer von 2er-Potenzen:
236 = 128+64+32+8+4
1: 4541=454
2: 4542=4541+1=4541⋅4541 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 143 mod 733
4: 4544=4542+2=4542⋅4542 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 658 mod 733
8: 4548=4544+4=4544⋅4544 ≡ 658⋅658=432964 ≡ 494 mod 733
16: 45416=4548+8=4548⋅4548 ≡ 494⋅494=244036 ≡ 680 mod 733
32: 45432=45416+16=45416⋅45416 ≡ 680⋅680=462400 ≡ 610 mod 733
64: 45464=45432+32=45432⋅45432 ≡ 610⋅610=372100 ≡ 469 mod 733
128: 454128=45464+64=45464⋅45464 ≡ 469⋅469=219961 ≡ 61 mod 733
454236
= 454128+64+32+8+4
= 454128⋅45464⋅45432⋅4548⋅4544
≡ 61 ⋅ 469 ⋅ 610 ⋅ 494 ⋅ 658 mod 733
≡ 28609 ⋅ 610 ⋅ 494 ⋅ 658 mod 733 ≡ 22 ⋅ 610 ⋅ 494 ⋅ 658 mod 733
≡ 13420 ⋅ 494 ⋅ 658 mod 733 ≡ 226 ⋅ 494 ⋅ 658 mod 733
≡ 111644 ⋅ 658 mod 733 ≡ 228 ⋅ 658 mod 733
≡ 150024 mod 733 ≡ 492 mod 733
Es gilt also: 454236 ≡ 492 mod 733
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 51.
Also bestimme x, so dass 51 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 51
| =>73 | = 1⋅51 + 22 |
| =>51 | = 2⋅22 + 7 |
| =>22 | = 3⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,51)=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= 22-3⋅7 | |||
| 7= 51-2⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅22 -3⋅(51 -2⋅ 22)
= 1⋅22 -3⋅51 +6⋅ 22) = -3⋅51 +7⋅ 22 (=1) |
| 22= 73-1⋅51 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅51 +7⋅(73 -1⋅ 51)
= -3⋅51 +7⋅73 -7⋅ 51) = 7⋅73 -10⋅ 51 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,51)=1 = 7⋅73 -10⋅51
oder wenn man 7⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅73 = -10⋅51
-10⋅51 = -7⋅73 + 1 |+73⋅51
-10⋅51 + 73⋅51 = -7⋅73 + 73⋅51 + 1
(-10 + 73) ⋅ 51 = (-7 + 51) ⋅ 73 + 1
63⋅51 = 44⋅73 + 1
Es gilt also: 63⋅51 = 44⋅73 +1
Somit 63⋅51 = 1 mod 73
63 ist also das Inverse von 51 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
