Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3609 + 8995) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3609 + 8995) mod 9 ≡ (3609 mod 9 + 8995 mod 9) mod 9.
3609 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3609
= 3600
8995 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8995
= 9000
Somit gilt:
(3609 + 8995) mod 9 ≡ (0 + 4) mod 9 ≡ 4 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (94 ⋅ 38) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(94 ⋅ 38) mod 11 ≡ (94 mod 11 ⋅ 38 mod 11) mod 11.
94 mod 11 ≡ 6 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 88 + 6 = 8 ⋅ 11 + 6 ist.
38 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 33 + 5 = 3 ⋅ 11 + 5 ist.
Somit gilt:
(94 ⋅ 38) mod 11 ≡ (6 ⋅ 5) mod 11 ≡ 30 mod 11 ≡ 8 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 32932 mod 499.
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. 329 -> x
2. mod(x²,499) -> 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: 3291=329
2: 3292=3291+1=3291⋅3291 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 457 mod 499
4: 3294=3292+2=3292⋅3292 ≡ 457⋅457=208849 ≡ 267 mod 499
8: 3298=3294+4=3294⋅3294 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 431 mod 499
16: 32916=3298+8=3298⋅3298 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 133 mod 499
32: 32932=32916+16=32916⋅32916 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 224 mod 499
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 295158 mod 463.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 158 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 158 an und zerlegen 158 in eine Summer von 2er-Potenzen:
158 = 128+16+8+4+2
1: 2951=295
2: 2952=2951+1=2951⋅2951 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 444 mod 463
4: 2954=2952+2=2952⋅2952 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 361 mod 463
8: 2958=2954+4=2954⋅2954 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 218 mod 463
16: 29516=2958+8=2958⋅2958 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 298 mod 463
32: 29532=29516+16=29516⋅29516 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 371 mod 463
64: 29564=29532+32=29532⋅29532 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 130 mod 463
128: 295128=29564+64=29564⋅29564 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 232 mod 463
295158
= 295128+16+8+4+2
= 295128⋅29516⋅2958⋅2954⋅2952
≡ 232 ⋅ 298 ⋅ 218 ⋅ 361 ⋅ 444 mod 463
≡ 69136 ⋅ 218 ⋅ 361 ⋅ 444 mod 463 ≡ 149 ⋅ 218 ⋅ 361 ⋅ 444 mod 463
≡ 32482 ⋅ 361 ⋅ 444 mod 463 ≡ 72 ⋅ 361 ⋅ 444 mod 463
≡ 25992 ⋅ 444 mod 463 ≡ 64 ⋅ 444 mod 463
≡ 28416 mod 463 ≡ 173 mod 463
Es gilt also: 295158 ≡ 173 mod 463
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 60.
Also bestimme x, so dass 60 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 60
| =>71 | = 1⋅60 + 11 |
| =>60 | = 5⋅11 + 5 |
| =>11 | = 2⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,60)=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= 11-2⋅5 | |||
| 5= 60-5⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -2⋅(60 -5⋅ 11)
= 1⋅11 -2⋅60 +10⋅ 11) = -2⋅60 +11⋅ 11 (=1) |
| 11= 71-1⋅60 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅60 +11⋅(71 -1⋅ 60)
= -2⋅60 +11⋅71 -11⋅ 60) = 11⋅71 -13⋅ 60 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,60)=1 = 11⋅71 -13⋅60
oder wenn man 11⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅71 = -13⋅60
-13⋅60 = -11⋅71 + 1 |+71⋅60
-13⋅60 + 71⋅60 = -11⋅71 + 71⋅60 + 1
(-13 + 71) ⋅ 60 = (-11 + 60) ⋅ 71 + 1
58⋅60 = 49⋅71 + 1
Es gilt also: 58⋅60 = 49⋅71 +1
Somit 58⋅60 = 1 mod 71
58 ist also das Inverse von 60 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
