Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (28006 + 6997) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(28006 + 6997) mod 7 ≡ (28006 mod 7 + 6997 mod 7) mod 7.
28006 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28006
= 28000
6997 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6997
= 7000
Somit gilt:
(28006 + 6997) mod 7 ≡ (6 + 4) mod 7 ≡ 10 mod 7 ≡ 3 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 60) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(68 ⋅ 60) mod 5 ≡ (68 mod 5 ⋅ 60 mod 5) mod 5.
68 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 65 + 3 = 13 ⋅ 5 + 3 ist.
60 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60 + 0 = 12 ⋅ 5 + 0 ist.
Somit gilt:
(68 ⋅ 60) mod 5 ≡ (3 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 30964 mod 1009.
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. 309 -> x
2. mod(x²,1009) -> 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: 3091=309
2: 3092=3091+1=3091⋅3091 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 635 mod 1009
4: 3094=3092+2=3092⋅3092 ≡ 635⋅635=403225 ≡ 634 mod 1009
8: 3098=3094+4=3094⋅3094 ≡ 634⋅634=401956 ≡ 374 mod 1009
16: 30916=3098+8=3098⋅3098 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 634 mod 1009
32: 30932=30916+16=30916⋅30916 ≡ 634⋅634=401956 ≡ 374 mod 1009
64: 30964=30932+32=30932⋅30932 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 634 mod 1009
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 32094 mod 449.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 94 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 94 an und zerlegen 94 in eine Summer von 2er-Potenzen:
94 = 64+16+8+4+2
1: 3201=320
2: 3202=3201+1=3201⋅3201 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 28 mod 449
4: 3204=3202+2=3202⋅3202 ≡ 28⋅28=784 ≡ 335 mod 449
8: 3208=3204+4=3204⋅3204 ≡ 335⋅335=112225 ≡ 424 mod 449
16: 32016=3208+8=3208⋅3208 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 176 mod 449
32: 32032=32016+16=32016⋅32016 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 444 mod 449
64: 32064=32032+32=32032⋅32032 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 25 mod 449
32094
= 32064+16+8+4+2
= 32064⋅32016⋅3208⋅3204⋅3202
≡ 25 ⋅ 176 ⋅ 424 ⋅ 335 ⋅ 28 mod 449
≡ 4400 ⋅ 424 ⋅ 335 ⋅ 28 mod 449 ≡ 359 ⋅ 424 ⋅ 335 ⋅ 28 mod 449
≡ 152216 ⋅ 335 ⋅ 28 mod 449 ≡ 5 ⋅ 335 ⋅ 28 mod 449
≡ 1675 ⋅ 28 mod 449 ≡ 328 ⋅ 28 mod 449
≡ 9184 mod 449 ≡ 204 mod 449
Es gilt also: 32094 ≡ 204 mod 449
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 42
| =>59 | = 1⋅42 + 17 |
| =>42 | = 2⋅17 + 8 |
| =>17 | = 2⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,42)=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= 59-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅42 +5⋅(59 -1⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅59 -5⋅ 42) = 5⋅59 -7⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,42)=1 = 5⋅59 -7⋅42
oder wenn man 5⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅59 = -7⋅42
-7⋅42 = -5⋅59 + 1 |+59⋅42
-7⋅42 + 59⋅42 = -5⋅59 + 59⋅42 + 1
(-7 + 59) ⋅ 42 = (-5 + 42) ⋅ 59 + 1
52⋅42 = 37⋅59 + 1
Es gilt also: 52⋅42 = 37⋅59 +1
Somit 52⋅42 = 1 mod 59
52 ist also das Inverse von 42 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
