Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (360 - 442) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(360 - 442) mod 9 ≡ (360 mod 9 - 442 mod 9) mod 9.
360 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 360
= 360
442 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 442
= 450
Somit gilt:
(360 - 442) mod 9 ≡ (0 - 1) mod 9 ≡ -1 mod 9 ≡ 8 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (99 ⋅ 42) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(99 ⋅ 42) mod 3 ≡ (99 mod 3 ⋅ 42 mod 3) mod 3.
99 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 99 + 0 = 33 ⋅ 3 + 0 ist.
42 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 42 + 0 = 14 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(99 ⋅ 42) mod 3 ≡ (0 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 47064 mod 607.
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. 470 -> x
2. mod(x²,607) -> 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: 4701=470
2: 4702=4701+1=4701⋅4701 ≡ 470⋅470=220900 ≡ 559 mod 607
4: 4704=4702+2=4702⋅4702 ≡ 559⋅559=312481 ≡ 483 mod 607
8: 4708=4704+4=4704⋅4704 ≡ 483⋅483=233289 ≡ 201 mod 607
16: 47016=4708+8=4708⋅4708 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 339 mod 607
32: 47032=47016+16=47016⋅47016 ≡ 339⋅339=114921 ≡ 198 mod 607
64: 47064=47032+32=47032⋅47032 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 356 mod 607
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 323123 mod 557.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 123 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 123 an und zerlegen 123 in eine Summer von 2er-Potenzen:
123 = 64+32+16+8+2+1
1: 3231=323
2: 3232=3231+1=3231⋅3231 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 170 mod 557
4: 3234=3232+2=3232⋅3232 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 493 mod 557
8: 3238=3234+4=3234⋅3234 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 197 mod 557
16: 32316=3238+8=3238⋅3238 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 376 mod 557
32: 32332=32316+16=32316⋅32316 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 455 mod 557
64: 32364=32332+32=32332⋅32332 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 378 mod 557
323123
= 32364+32+16+8+2+1
= 32364⋅32332⋅32316⋅3238⋅3232⋅3231
≡ 378 ⋅ 455 ⋅ 376 ⋅ 197 ⋅ 170 ⋅ 323 mod 557
≡ 171990 ⋅ 376 ⋅ 197 ⋅ 170 ⋅ 323 mod 557 ≡ 434 ⋅ 376 ⋅ 197 ⋅ 170 ⋅ 323 mod 557
≡ 163184 ⋅ 197 ⋅ 170 ⋅ 323 mod 557 ≡ 540 ⋅ 197 ⋅ 170 ⋅ 323 mod 557
≡ 106380 ⋅ 170 ⋅ 323 mod 557 ≡ 550 ⋅ 170 ⋅ 323 mod 557
≡ 93500 ⋅ 323 mod 557 ≡ 481 ⋅ 323 mod 557
≡ 155363 mod 557 ≡ 517 mod 557
Es gilt also: 323123 ≡ 517 mod 557
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 42
| =>101 | = 2⋅42 + 17 |
| =>42 | = 2⋅17 + 8 |
| =>17 | = 2⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,42)=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= 17-2⋅8 | |||
| 8= 42-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -2⋅(42 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅42 +4⋅ 17) = -2⋅42 +5⋅ 17 (=1) |
| 17= 101-2⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅42 +5⋅(101 -2⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅101 -10⋅ 42) = 5⋅101 -12⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,42)=1 = 5⋅101 -12⋅42
oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅101 = -12⋅42
-12⋅42 = -5⋅101 + 1 |+101⋅42
-12⋅42 + 101⋅42 = -5⋅101 + 101⋅42 + 1
(-12 + 101) ⋅ 42 = (-5 + 42) ⋅ 101 + 1
89⋅42 = 37⋅101 + 1
Es gilt also: 89⋅42 = 37⋅101 +1
Somit 89⋅42 = 1 mod 101
89 ist also das Inverse von 42 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
