Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (805 - 3199) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(805 - 3199) mod 8 ≡ (805 mod 8 - 3199 mod 8) mod 8.
805 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 805
= 800
3199 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3199
= 3200
Somit gilt:
(805 - 3199) mod 8 ≡ (5 - 7) mod 8 ≡ -2 mod 8 ≡ 6 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 32) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(87 ⋅ 32) mod 8 ≡ (87 mod 8 ⋅ 32 mod 8) mod 8.
87 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 80 + 7 = 10 ⋅ 8 + 7 ist.
32 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 32 + 0 = 4 ⋅ 8 + 0 ist.
Somit gilt:
(87 ⋅ 32) mod 8 ≡ (7 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 13616 mod 409.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 136 -> x
2. mod(x²,409) -> 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: 1361=136
2: 1362=1361+1=1361⋅1361 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 91 mod 409
4: 1364=1362+2=1362⋅1362 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 101 mod 409
8: 1368=1364+4=1364⋅1364 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 385 mod 409
16: 13616=1368+8=1368⋅1368 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 167 mod 409
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 79252 mod 211.
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: 791=79
2: 792=791+1=791⋅791 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 122 mod 211
4: 794=792+2=792⋅792 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 114 mod 211
8: 798=794+4=794⋅794 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 125 mod 211
16: 7916=798+8=798⋅798 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 11 mod 211
32: 7932=7916+16=7916⋅7916 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 211
64: 7964=7932+32=7932⋅7932 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 82 mod 211
128: 79128=7964+64=7964⋅7964 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 183 mod 211
79252
= 79128+64+32+16+8+4
= 79128⋅7964⋅7932⋅7916⋅798⋅794
≡ 183 ⋅ 82 ⋅ 121 ⋅ 11 ⋅ 125 ⋅ 114 mod 211
≡ 15006 ⋅ 121 ⋅ 11 ⋅ 125 ⋅ 114 mod 211 ≡ 25 ⋅ 121 ⋅ 11 ⋅ 125 ⋅ 114 mod 211
≡ 3025 ⋅ 11 ⋅ 125 ⋅ 114 mod 211 ≡ 71 ⋅ 11 ⋅ 125 ⋅ 114 mod 211
≡ 781 ⋅ 125 ⋅ 114 mod 211 ≡ 148 ⋅ 125 ⋅ 114 mod 211
≡ 18500 ⋅ 114 mod 211 ≡ 143 ⋅ 114 mod 211
≡ 16302 mod 211 ≡ 55 mod 211
Es gilt also: 79252 ≡ 55 mod 211
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 79.
Also bestimme x, so dass 79 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 79
| =>83 | = 1⋅79 + 4 |
| =>79 | = 19⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,79)=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= 79-19⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(79 -19⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅79 +19⋅ 4) = -1⋅79 +20⋅ 4 (=1) |
| 4= 83-1⋅79 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅79 +20⋅(83 -1⋅ 79)
= -1⋅79 +20⋅83 -20⋅ 79) = 20⋅83 -21⋅ 79 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,79)=1 = 20⋅83 -21⋅79
oder wenn man 20⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -20⋅83 = -21⋅79
-21⋅79 = -20⋅83 + 1 |+83⋅79
-21⋅79 + 83⋅79 = -20⋅83 + 83⋅79 + 1
(-21 + 83) ⋅ 79 = (-20 + 79) ⋅ 83 + 1
62⋅79 = 59⋅83 + 1
Es gilt also: 62⋅79 = 59⋅83 +1
Somit 62⋅79 = 1 mod 83
62 ist also das Inverse von 79 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
