Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (57 + 147) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(57 + 147) mod 3 ≡ (57 mod 3 + 147 mod 3) mod 3.
57 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57
= 60
147 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 147
= 150
Somit gilt:
(57 + 147) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (44 ⋅ 40) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(44 ⋅ 40) mod 9 ≡ (44 mod 9 ⋅ 40 mod 9) mod 9.
44 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 36 + 8 = 4 ⋅ 9 + 8 ist.
40 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 36 + 4 = 4 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(44 ⋅ 40) mod 9 ≡ (8 ⋅ 4) mod 9 ≡ 32 mod 9 ≡ 5 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 67132 mod 919.
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. 671 -> x
2. mod(x²,919) -> 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: 6711=671
2: 6712=6711+1=6711⋅6711 ≡ 671⋅671=450241 ≡ 850 mod 919
4: 6714=6712+2=6712⋅6712 ≡ 850⋅850=722500 ≡ 166 mod 919
8: 6718=6714+4=6714⋅6714 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 905 mod 919
16: 67116=6718+8=6718⋅6718 ≡ 905⋅905=819025 ≡ 196 mod 919
32: 67132=67116+16=67116⋅67116 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 737 mod 919
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 350252 mod 827.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 252 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 252 an und zerlegen 252 in eine Summer von 2er-Potenzen:
252 = 128+64+32+16+8+4
1: 3501=350
2: 3502=3501+1=3501⋅3501 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 104 mod 827
4: 3504=3502+2=3502⋅3502 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 65 mod 827
8: 3508=3504+4=3504⋅3504 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 90 mod 827
16: 35016=3508+8=3508⋅3508 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 657 mod 827
32: 35032=35016+16=35016⋅35016 ≡ 657⋅657=431649 ≡ 782 mod 827
64: 35064=35032+32=35032⋅35032 ≡ 782⋅782=611524 ≡ 371 mod 827
128: 350128=35064+64=35064⋅35064 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 359 mod 827
350252
= 350128+64+32+16+8+4
= 350128⋅35064⋅35032⋅35016⋅3508⋅3504
≡ 359 ⋅ 371 ⋅ 782 ⋅ 657 ⋅ 90 ⋅ 65 mod 827
≡ 133189 ⋅ 782 ⋅ 657 ⋅ 90 ⋅ 65 mod 827 ≡ 42 ⋅ 782 ⋅ 657 ⋅ 90 ⋅ 65 mod 827
≡ 32844 ⋅ 657 ⋅ 90 ⋅ 65 mod 827 ≡ 591 ⋅ 657 ⋅ 90 ⋅ 65 mod 827
≡ 388287 ⋅ 90 ⋅ 65 mod 827 ≡ 424 ⋅ 90 ⋅ 65 mod 827
≡ 38160 ⋅ 65 mod 827 ≡ 118 ⋅ 65 mod 827
≡ 7670 mod 827 ≡ 227 mod 827
Es gilt also: 350252 ≡ 227 mod 827
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 27.
Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 27
| =>89 | = 3⋅27 + 8 |
| =>27 | = 3⋅8 + 3 |
| =>8 | = 2⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,27)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 8-2⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3) = -1⋅8 +3⋅ 3 (=1) |
| 3= 27-3⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅8 +3⋅(27 -3⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅27 -9⋅ 8) = 3⋅27 -10⋅ 8 (=1) |
| 8= 89-3⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅27 -10⋅(89 -3⋅ 27)
= 3⋅27 -10⋅89 +30⋅ 27) = -10⋅89 +33⋅ 27 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,27)=1 = -10⋅89 +33⋅27
oder wenn man -10⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +10⋅89 = +33⋅27
Es gilt also: 33⋅27 = 10⋅89 +1
Somit 33⋅27 = 1 mod 89
33 ist also das Inverse von 27 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
