Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (100 + 195) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(100 + 195) mod 5 ≡ (100 mod 5 + 195 mod 5) mod 5.
100 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100
= 100
195 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 195
= 190
Somit gilt:
(100 + 195) mod 5 ≡ (0 + 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 41) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(67 ⋅ 41) mod 5 ≡ (67 mod 5 ⋅ 41 mod 5) mod 5.
67 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 65 + 2 = 13 ⋅ 5 + 2 ist.
41 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 40 + 1 = 8 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(67 ⋅ 41) mod 5 ≡ (2 ⋅ 1) mod 5 ≡ 2 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 3538 mod 601.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 353 -> x
2. mod(x²,601) -> 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: 3531=353
2: 3532=3531+1=3531⋅3531 ≡ 353⋅353=124609 ≡ 202 mod 601
4: 3534=3532+2=3532⋅3532 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 537 mod 601
8: 3538=3534+4=3534⋅3534 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 490 mod 601
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 646251 mod 787.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 251 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 251 an und zerlegen 251 in eine Summer von 2er-Potenzen:
251 = 128+64+32+16+8+2+1
1: 6461=646
2: 6462=6461+1=6461⋅6461 ≡ 646⋅646=417316 ≡ 206 mod 787
4: 6464=6462+2=6462⋅6462 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 725 mod 787
8: 6468=6464+4=6464⋅6464 ≡ 725⋅725=525625 ≡ 696 mod 787
16: 64616=6468+8=6468⋅6468 ≡ 696⋅696=484416 ≡ 411 mod 787
32: 64632=64616+16=64616⋅64616 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 503 mod 787
64: 64664=64632+32=64632⋅64632 ≡ 503⋅503=253009 ≡ 382 mod 787
128: 646128=64664+64=64664⋅64664 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 329 mod 787
646251
= 646128+64+32+16+8+2+1
= 646128⋅64664⋅64632⋅64616⋅6468⋅6462⋅6461
≡ 329 ⋅ 382 ⋅ 503 ⋅ 411 ⋅ 696 ⋅ 206 ⋅ 646 mod 787
≡ 125678 ⋅ 503 ⋅ 411 ⋅ 696 ⋅ 206 ⋅ 646 mod 787 ≡ 545 ⋅ 503 ⋅ 411 ⋅ 696 ⋅ 206 ⋅ 646 mod 787
≡ 274135 ⋅ 411 ⋅ 696 ⋅ 206 ⋅ 646 mod 787 ≡ 259 ⋅ 411 ⋅ 696 ⋅ 206 ⋅ 646 mod 787
≡ 106449 ⋅ 696 ⋅ 206 ⋅ 646 mod 787 ≡ 204 ⋅ 696 ⋅ 206 ⋅ 646 mod 787
≡ 141984 ⋅ 206 ⋅ 646 mod 787 ≡ 324 ⋅ 206 ⋅ 646 mod 787
≡ 66744 ⋅ 646 mod 787 ≡ 636 ⋅ 646 mod 787
≡ 410856 mod 787 ≡ 42 mod 787
Es gilt also: 646251 ≡ 42 mod 787
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 84.
Also bestimme x, so dass 84 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 84
| =>101 | = 1⋅84 + 17 |
| =>84 | = 4⋅17 + 16 |
| =>17 | = 1⋅16 + 1 |
| =>16 | = 16⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,84)=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= 17-1⋅16 | |||
| 16= 84-4⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -1⋅(84 -4⋅ 17)
= 1⋅17 -1⋅84 +4⋅ 17) = -1⋅84 +5⋅ 17 (=1) |
| 17= 101-1⋅84 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅84 +5⋅(101 -1⋅ 84)
= -1⋅84 +5⋅101 -5⋅ 84) = 5⋅101 -6⋅ 84 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,84)=1 = 5⋅101 -6⋅84
oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅101 = -6⋅84
-6⋅84 = -5⋅101 + 1 |+101⋅84
-6⋅84 + 101⋅84 = -5⋅101 + 101⋅84 + 1
(-6 + 101) ⋅ 84 = (-5 + 84) ⋅ 101 + 1
95⋅84 = 79⋅101 + 1
Es gilt also: 95⋅84 = 79⋅101 +1
Somit 95⋅84 = 1 mod 101
95 ist also das Inverse von 84 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
