Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (5001 - 1000) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(5001 - 1000) mod 5 ≡ (5001 mod 5 - 1000 mod 5) mod 5.
5001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5001
= 5000
1000 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1000
= 1000
Somit gilt:
(5001 - 1000) mod 5 ≡ (1 - 0) mod 5 ≡ 1 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 93) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(30 ⋅ 93) mod 4 ≡ (30 mod 4 ⋅ 93 mod 4) mod 4.
30 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 28 + 2 = 7 ⋅ 4 + 2 ist.
93 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 92 + 1 = 23 ⋅ 4 + 1 ist.
Somit gilt:
(30 ⋅ 93) mod 4 ≡ (2 ⋅ 1) mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 309128 mod 859.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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(x²,859) -> 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 ≡ 132 mod 859
4: 3094=3092+2=3092⋅3092 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 244 mod 859
8: 3098=3094+4=3094⋅3094 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 265 mod 859
16: 30916=3098+8=3098⋅3098 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 646 mod 859
32: 30932=30916+16=30916⋅30916 ≡ 646⋅646=417316 ≡ 701 mod 859
64: 30964=30932+32=30932⋅30932 ≡ 701⋅701=491401 ≡ 53 mod 859
128: 309128=30964+64=30964⋅30964 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 232 mod 859
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 700229 mod 883.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 229 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 229 an und zerlegen 229 in eine Summer von 2er-Potenzen:
229 = 128+64+32+4+1
1: 7001=700
2: 7002=7001+1=7001⋅7001 ≡ 700⋅700=490000 ≡ 818 mod 883
4: 7004=7002+2=7002⋅7002 ≡ 818⋅818=669124 ≡ 693 mod 883
8: 7008=7004+4=7004⋅7004 ≡ 693⋅693=480249 ≡ 780 mod 883
16: 70016=7008+8=7008⋅7008 ≡ 780⋅780=608400 ≡ 13 mod 883
32: 70032=70016+16=70016⋅70016 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 883
64: 70064=70032+32=70032⋅70032 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 305 mod 883
128: 700128=70064+64=70064⋅70064 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 310 mod 883
700229
= 700128+64+32+4+1
= 700128⋅70064⋅70032⋅7004⋅7001
≡ 310 ⋅ 305 ⋅ 169 ⋅ 693 ⋅ 700 mod 883
≡ 94550 ⋅ 169 ⋅ 693 ⋅ 700 mod 883 ≡ 69 ⋅ 169 ⋅ 693 ⋅ 700 mod 883
≡ 11661 ⋅ 693 ⋅ 700 mod 883 ≡ 182 ⋅ 693 ⋅ 700 mod 883
≡ 126126 ⋅ 700 mod 883 ≡ 740 ⋅ 700 mod 883
≡ 518000 mod 883 ≡ 562 mod 883
Es gilt also: 700229 ≡ 562 mod 883
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 = 83 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
