Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3592 - 9003) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3592 - 9003) mod 9 ≡ (3592 mod 9 - 9003 mod 9) mod 9.
3592 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3592
= 3600
9003 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9003
= 9000
Somit gilt:
(3592 - 9003) mod 9 ≡ (1 - 3) mod 9 ≡ -2 mod 9 ≡ 7 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (79 ⋅ 62) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(79 ⋅ 62) mod 9 ≡ (79 mod 9 ⋅ 62 mod 9) mod 9.
79 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 72 + 7 = 8 ⋅ 9 + 7 ist.
62 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 54 + 8 = 6 ⋅ 9 + 8 ist.
Somit gilt:
(79 ⋅ 62) mod 9 ≡ (7 ⋅ 8) mod 9 ≡ 56 mod 9 ≡ 2 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 73732 mod 739.
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. 737 -> x
2. mod(x²,739) -> 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: 7371=737
2: 7372=7371+1=7371⋅7371 ≡ 737⋅737=543169 ≡ 4 mod 739
4: 7374=7372+2=7372⋅7372 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 739
8: 7378=7374+4=7374⋅7374 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 739
16: 73716=7378+8=7378⋅7378 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 504 mod 739
32: 73732=73716+16=73716⋅73716 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 539 mod 739
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 321246 mod 521.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 246 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 246 an und zerlegen 246 in eine Summer von 2er-Potenzen:
246 = 128+64+32+16+4+2
1: 3211=321
2: 3212=3211+1=3211⋅3211 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 404 mod 521
4: 3214=3212+2=3212⋅3212 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 143 mod 521
8: 3218=3214+4=3214⋅3214 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 130 mod 521
16: 32116=3218+8=3218⋅3218 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 228 mod 521
32: 32132=32116+16=32116⋅32116 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 405 mod 521
64: 32164=32132+32=32132⋅32132 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 431 mod 521
128: 321128=32164+64=32164⋅32164 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 285 mod 521
321246
= 321128+64+32+16+4+2
= 321128⋅32164⋅32132⋅32116⋅3214⋅3212
≡ 285 ⋅ 431 ⋅ 405 ⋅ 228 ⋅ 143 ⋅ 404 mod 521
≡ 122835 ⋅ 405 ⋅ 228 ⋅ 143 ⋅ 404 mod 521 ≡ 400 ⋅ 405 ⋅ 228 ⋅ 143 ⋅ 404 mod 521
≡ 162000 ⋅ 228 ⋅ 143 ⋅ 404 mod 521 ≡ 490 ⋅ 228 ⋅ 143 ⋅ 404 mod 521
≡ 111720 ⋅ 143 ⋅ 404 mod 521 ≡ 226 ⋅ 143 ⋅ 404 mod 521
≡ 32318 ⋅ 404 mod 521 ≡ 16 ⋅ 404 mod 521
≡ 6464 mod 521 ≡ 212 mod 521
Es gilt also: 321246 ≡ 212 mod 521
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 42
| =>61 | = 1⋅42 + 19 |
| =>42 | = 2⋅19 + 4 |
| =>19 | = 4⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,42)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 19-4⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4) = -1⋅19 +5⋅ 4 (=1) |
| 4= 42-2⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅19 +5⋅(42 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅42 -10⋅ 19) = 5⋅42 -11⋅ 19 (=1) |
| 19= 61-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅42 -11⋅(61 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -11⋅61 +11⋅ 42) = -11⋅61 +16⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,42)=1 = -11⋅61 +16⋅42
oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅61 = +16⋅42
Es gilt also: 16⋅42 = 11⋅61 +1
Somit 16⋅42 = 1 mod 61
16 ist also das Inverse von 42 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
