Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (80 - 2395) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(80 - 2395) mod 8 ≡ (80 mod 8 - 2395 mod 8) mod 8.
80 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80
= 80
2395 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2395
= 2400
Somit gilt:
(80 - 2395) mod 8 ≡ (0 - 3) mod 8 ≡ -3 mod 8 ≡ 5 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 100) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(63 ⋅ 100) mod 9 ≡ (63 mod 9 ⋅ 100 mod 9) mod 9.
63 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 63 + 0 = 7 ⋅ 9 + 0 ist.
100 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 99 + 1 = 11 ⋅ 9 + 1 ist.
Somit gilt:
(63 ⋅ 100) mod 9 ≡ (0 ⋅ 1) mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 43132 mod 751.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 431 -> x
2. mod(x²,751) -> 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: 4311=431
2: 4312=4311+1=4311⋅4311 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 264 mod 751
4: 4314=4312+2=4312⋅4312 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 604 mod 751
8: 4318=4314+4=4314⋅4314 ≡ 604⋅604=364816 ≡ 581 mod 751
16: 43116=4318+8=4318⋅4318 ≡ 581⋅581=337561 ≡ 362 mod 751
32: 43132=43116+16=43116⋅43116 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 370 mod 751
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 298151 mod 569.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 151 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 151 an und zerlegen 151 in eine Summer von 2er-Potenzen:
151 = 128+16+4+2+1
1: 2981=298
2: 2982=2981+1=2981⋅2981 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 40 mod 569
4: 2984=2982+2=2982⋅2982 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 462 mod 569
8: 2988=2984+4=2984⋅2984 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 69 mod 569
16: 29816=2988+8=2988⋅2988 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 209 mod 569
32: 29832=29816+16=29816⋅29816 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 437 mod 569
64: 29864=29832+32=29832⋅29832 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 354 mod 569
128: 298128=29864+64=29864⋅29864 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 136 mod 569
298151
= 298128+16+4+2+1
= 298128⋅29816⋅2984⋅2982⋅2981
≡ 136 ⋅ 209 ⋅ 462 ⋅ 40 ⋅ 298 mod 569
≡ 28424 ⋅ 462 ⋅ 40 ⋅ 298 mod 569 ≡ 543 ⋅ 462 ⋅ 40 ⋅ 298 mod 569
≡ 250866 ⋅ 40 ⋅ 298 mod 569 ≡ 506 ⋅ 40 ⋅ 298 mod 569
≡ 20240 ⋅ 298 mod 569 ≡ 325 ⋅ 298 mod 569
≡ 96850 mod 569 ≡ 120 mod 569
Es gilt also: 298151 ≡ 120 mod 569
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 90.
Also bestimme x, so dass 90 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 90
| =>101 | = 1⋅90 + 11 |
| =>90 | = 8⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,90)=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= 11-5⋅2 | |||
| 2= 90-8⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(90 -8⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅90 +40⋅ 11) = -5⋅90 +41⋅ 11 (=1) |
| 11= 101-1⋅90 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅90 +41⋅(101 -1⋅ 90)
= -5⋅90 +41⋅101 -41⋅ 90) = 41⋅101 -46⋅ 90 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,90)=1 = 41⋅101 -46⋅90
oder wenn man 41⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -41⋅101 = -46⋅90
-46⋅90 = -41⋅101 + 1 |+101⋅90
-46⋅90 + 101⋅90 = -41⋅101 + 101⋅90 + 1
(-46 + 101) ⋅ 90 = (-41 + 90) ⋅ 101 + 1
55⋅90 = 49⋅101 + 1
Es gilt also: 55⋅90 = 49⋅101 +1
Somit 55⋅90 = 1 mod 101
55 ist also das Inverse von 90 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
