Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2807 - 348) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2807 - 348) mod 7 ≡ (2807 mod 7 - 348 mod 7) mod 7.
2807 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2807
= 2800
348 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 348
= 350
Somit gilt:
(2807 - 348) mod 7 ≡ (0 - 5) mod 7 ≡ -5 mod 7 ≡ 2 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 43) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(68 ⋅ 43) mod 9 ≡ (68 mod 9 ⋅ 43 mod 9) mod 9.
68 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 63 + 5 = 7 ⋅ 9 + 5 ist.
43 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 36 + 7 = 4 ⋅ 9 + 7 ist.
Somit gilt:
(68 ⋅ 43) mod 9 ≡ (5 ⋅ 7) mod 9 ≡ 35 mod 9 ≡ 8 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 338128 mod 557.
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. 338 -> x
2. mod(x²,557) -> 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: 3381=338
2: 3382=3381+1=3381⋅3381 ≡ 338⋅338=114244 ≡ 59 mod 557
4: 3384=3382+2=3382⋅3382 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 139 mod 557
8: 3388=3384+4=3384⋅3384 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 383 mod 557
16: 33816=3388+8=3388⋅3388 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 198 mod 557
32: 33832=33816+16=33816⋅33816 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 214 mod 557
64: 33864=33832+32=33832⋅33832 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 122 mod 557
128: 338128=33864+64=33864⋅33864 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 402 mod 557
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 452170 mod 571.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 170 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 170 an und zerlegen 170 in eine Summer von 2er-Potenzen:
170 = 128+32+8+2
1: 4521=452
2: 4522=4521+1=4521⋅4521 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 457 mod 571
4: 4524=4522+2=4522⋅4522 ≡ 457⋅457=208849 ≡ 434 mod 571
8: 4528=4524+4=4524⋅4524 ≡ 434⋅434=188356 ≡ 497 mod 571
16: 45216=4528+8=4528⋅4528 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 337 mod 571
32: 45232=45216+16=45216⋅45216 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 511 mod 571
64: 45264=45232+32=45232⋅45232 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 174 mod 571
128: 452128=45264+64=45264⋅45264 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 13 mod 571
452170
= 452128+32+8+2
= 452128⋅45232⋅4528⋅4522
≡ 13 ⋅ 511 ⋅ 497 ⋅ 457 mod 571
≡ 6643 ⋅ 497 ⋅ 457 mod 571 ≡ 362 ⋅ 497 ⋅ 457 mod 571
≡ 179914 ⋅ 457 mod 571 ≡ 49 ⋅ 457 mod 571
≡ 22393 mod 571 ≡ 124 mod 571
Es gilt also: 452170 ≡ 124 mod 571
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 46.
Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 46
| =>89 | = 1⋅46 + 43 |
| =>46 | = 1⋅43 + 3 |
| =>43 | = 14⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,46)=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= 43-14⋅3 | |||
| 3= 46-1⋅43 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅43 -14⋅(46 -1⋅ 43)
= 1⋅43 -14⋅46 +14⋅ 43) = -14⋅46 +15⋅ 43 (=1) |
| 43= 89-1⋅46 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -14⋅46 +15⋅(89 -1⋅ 46)
= -14⋅46 +15⋅89 -15⋅ 46) = 15⋅89 -29⋅ 46 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,46)=1 = 15⋅89 -29⋅46
oder wenn man 15⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -15⋅89 = -29⋅46
-29⋅46 = -15⋅89 + 1 |+89⋅46
-29⋅46 + 89⋅46 = -15⋅89 + 89⋅46 + 1
(-29 + 89) ⋅ 46 = (-15 + 46) ⋅ 89 + 1
60⋅46 = 31⋅89 + 1
Es gilt also: 60⋅46 = 31⋅89 +1
Somit 60⋅46 = 1 mod 89
60 ist also das Inverse von 46 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
