Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (11998 + 15000) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(11998 + 15000) mod 3 ≡ (11998 mod 3 + 15000 mod 3) mod 3.
11998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11998
= 12000
15000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15000
= 15000
Somit gilt:
(11998 + 15000) mod 3 ≡ (1 + 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 59) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(61 ⋅ 59) mod 3 ≡ (61 mod 3 ⋅ 59 mod 3) mod 3.
61 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 20 ⋅ 3 + 1 ist.
59 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 57 + 2 = 19 ⋅ 3 + 2 ist.
Somit gilt:
(61 ⋅ 59) mod 3 ≡ (1 ⋅ 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 285128 mod 691.
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. 285 -> x
2. mod(x²,691) -> 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: 2851=285
2: 2852=2851+1=2851⋅2851 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 378 mod 691
4: 2854=2852+2=2852⋅2852 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 538 mod 691
8: 2858=2854+4=2854⋅2854 ≡ 538⋅538=289444 ≡ 606 mod 691
16: 28516=2858+8=2858⋅2858 ≡ 606⋅606=367236 ≡ 315 mod 691
32: 28532=28516+16=28516⋅28516 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 412 mod 691
64: 28564=28532+32=28532⋅28532 ≡ 412⋅412=169744 ≡ 449 mod 691
128: 285128=28564+64=28564⋅28564 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 520 mod 691
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 940247 mod 991.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 247 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 247 an und zerlegen 247 in eine Summer von 2er-Potenzen:
247 = 128+64+32+16+4+2+1
1: 9401=940
2: 9402=9401+1=9401⋅9401 ≡ 940⋅940=883600 ≡ 619 mod 991
4: 9404=9402+2=9402⋅9402 ≡ 619⋅619=383161 ≡ 635 mod 991
8: 9408=9404+4=9404⋅9404 ≡ 635⋅635=403225 ≡ 879 mod 991
16: 94016=9408+8=9408⋅9408 ≡ 879⋅879=772641 ≡ 652 mod 991
32: 94032=94016+16=94016⋅94016 ≡ 652⋅652=425104 ≡ 956 mod 991
64: 94064=94032+32=94032⋅94032 ≡ 956⋅956=913936 ≡ 234 mod 991
128: 940128=94064+64=94064⋅94064 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 251 mod 991
940247
= 940128+64+32+16+4+2+1
= 940128⋅94064⋅94032⋅94016⋅9404⋅9402⋅9401
≡ 251 ⋅ 234 ⋅ 956 ⋅ 652 ⋅ 635 ⋅ 619 ⋅ 940 mod 991
≡ 58734 ⋅ 956 ⋅ 652 ⋅ 635 ⋅ 619 ⋅ 940 mod 991 ≡ 265 ⋅ 956 ⋅ 652 ⋅ 635 ⋅ 619 ⋅ 940 mod 991
≡ 253340 ⋅ 652 ⋅ 635 ⋅ 619 ⋅ 940 mod 991 ≡ 635 ⋅ 652 ⋅ 635 ⋅ 619 ⋅ 940 mod 991
≡ 414020 ⋅ 635 ⋅ 619 ⋅ 940 mod 991 ≡ 773 ⋅ 635 ⋅ 619 ⋅ 940 mod 991
≡ 490855 ⋅ 619 ⋅ 940 mod 991 ≡ 310 ⋅ 619 ⋅ 940 mod 991
≡ 191890 ⋅ 940 mod 991 ≡ 627 ⋅ 940 mod 991
≡ 589380 mod 991 ≡ 726 mod 991
Es gilt also: 940247 ≡ 726 mod 991
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 71.
Also bestimme x, so dass 71 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 71
| =>79 | = 1⋅71 + 8 |
| =>71 | = 8⋅8 + 7 |
| =>8 | = 1⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,71)=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= 8-1⋅7 | |||
| 7= 71-8⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅8 -1⋅(71 -8⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅71 +8⋅ 8) = -1⋅71 +9⋅ 8 (=1) |
| 8= 79-1⋅71 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅71 +9⋅(79 -1⋅ 71)
= -1⋅71 +9⋅79 -9⋅ 71) = 9⋅79 -10⋅ 71 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,71)=1 = 9⋅79 -10⋅71
oder wenn man 9⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅79 = -10⋅71
-10⋅71 = -9⋅79 + 1 |+79⋅71
-10⋅71 + 79⋅71 = -9⋅79 + 79⋅71 + 1
(-10 + 79) ⋅ 71 = (-9 + 71) ⋅ 79 + 1
69⋅71 = 62⋅79 + 1
Es gilt also: 69⋅71 = 62⋅79 +1
Somit 69⋅71 = 1 mod 79
69 ist also das Inverse von 71 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
