Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (91 - 1502) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(91 - 1502) mod 3 ≡ (91 mod 3 - 1502 mod 3) mod 3.
91 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91
= 90
1502 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1502
= 1500
Somit gilt:
(91 - 1502) mod 3 ≡ (1 - 2) mod 3 ≡ -1 mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (41 ⋅ 76) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(41 ⋅ 76) mod 9 ≡ (41 mod 9 ⋅ 76 mod 9) mod 9.
41 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 36 + 5 = 4 ⋅ 9 + 5 ist.
76 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 72 + 4 = 8 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(41 ⋅ 76) mod 9 ≡ (5 ⋅ 4) mod 9 ≡ 20 mod 9 ≡ 2 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 36664 mod 439.
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. 366 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 3661=366
2: 3662=3661+1=3661⋅3661 ≡ 366⋅366=133956 ≡ 61 mod 439
4: 3664=3662+2=3662⋅3662 ≡ 61⋅61=3721 ≡ 209 mod 439
8: 3668=3664+4=3664⋅3664 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 220 mod 439
16: 36616=3668+8=3668⋅3668 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 110 mod 439
32: 36632=36616+16=36616⋅36616 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 247 mod 439
64: 36664=36632+32=36632⋅36632 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 427 mod 439
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 628248 mod 631.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:
248 = 128+64+32+16+8
1: 6281=628
2: 6282=6281+1=6281⋅6281 ≡ 628⋅628=394384 ≡ 9 mod 631
4: 6284=6282+2=6282⋅6282 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 631
8: 6288=6284+4=6284⋅6284 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 251 mod 631
16: 62816=6288+8=6288⋅6288 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 532 mod 631
32: 62832=62816+16=62816⋅62816 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 336 mod 631
64: 62864=62832+32=62832⋅62832 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 578 mod 631
128: 628128=62864+64=62864⋅62864 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 285 mod 631
628248
= 628128+64+32+16+8
= 628128⋅62864⋅62832⋅62816⋅6288
≡ 285 ⋅ 578 ⋅ 336 ⋅ 532 ⋅ 251 mod 631
≡ 164730 ⋅ 336 ⋅ 532 ⋅ 251 mod 631 ≡ 39 ⋅ 336 ⋅ 532 ⋅ 251 mod 631
≡ 13104 ⋅ 532 ⋅ 251 mod 631 ≡ 484 ⋅ 532 ⋅ 251 mod 631
≡ 257488 ⋅ 251 mod 631 ≡ 40 ⋅ 251 mod 631
≡ 10040 mod 631 ≡ 575 mod 631
Es gilt also: 628248 ≡ 575 mod 631
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 39.
Also bestimme x, so dass 39 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 39
| =>59 | = 1⋅39 + 20 |
| =>39 | = 1⋅20 + 19 |
| =>20 | = 1⋅19 + 1 |
| =>19 | = 19⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,39)=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= 20-1⋅19 | |||
| 19= 39-1⋅20 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅20 -1⋅(39 -1⋅ 20)
= 1⋅20 -1⋅39 +1⋅ 20) = -1⋅39 +2⋅ 20 (=1) |
| 20= 59-1⋅39 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅39 +2⋅(59 -1⋅ 39)
= -1⋅39 +2⋅59 -2⋅ 39) = 2⋅59 -3⋅ 39 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,39)=1 = 2⋅59 -3⋅39
oder wenn man 2⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅59 = -3⋅39
-3⋅39 = -2⋅59 + 1 |+59⋅39
-3⋅39 + 59⋅39 = -2⋅59 + 59⋅39 + 1
(-3 + 59) ⋅ 39 = (-2 + 39) ⋅ 59 + 1
56⋅39 = 37⋅59 + 1
Es gilt also: 56⋅39 = 37⋅59 +1
Somit 56⋅39 = 1 mod 59
56 ist also das Inverse von 39 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
