Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (63 - 88) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(63 - 88) mod 3 ≡ (63 mod 3 - 88 mod 3) mod 3.
63 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63
= 60
88 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88
= 90
Somit gilt:
(63 - 88) mod 3 ≡ (0 - 1) mod 3 ≡ -1 mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (40 ⋅ 56) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(40 ⋅ 56) mod 9 ≡ (40 mod 9 ⋅ 56 mod 9) mod 9.
40 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 36 + 4 = 4 ⋅ 9 + 4 ist.
56 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 54 + 2 = 6 ⋅ 9 + 2 ist.
Somit gilt:
(40 ⋅ 56) mod 9 ≡ (4 ⋅ 2) mod 9 ≡ 8 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 217128 mod 613.
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. 217 -> x
2. mod(x²,613) -> 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: 2171=217
2: 2172=2171+1=2171⋅2171 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 501 mod 613
4: 2174=2172+2=2172⋅2172 ≡ 501⋅501=251001 ≡ 284 mod 613
8: 2178=2174+4=2174⋅2174 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 353 mod 613
16: 21716=2178+8=2178⋅2178 ≡ 353⋅353=124609 ≡ 170 mod 613
32: 21732=21716+16=21716⋅21716 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 89 mod 613
64: 21764=21732+32=21732⋅21732 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 565 mod 613
128: 217128=21764+64=21764⋅21764 ≡ 565⋅565=319225 ≡ 465 mod 613
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 543216 mod 863.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 216 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 216 an und zerlegen 216 in eine Summer von 2er-Potenzen:
216 = 128+64+16+8
1: 5431=543
2: 5432=5431+1=5431⋅5431 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 566 mod 863
4: 5434=5432+2=5432⋅5432 ≡ 566⋅566=320356 ≡ 183 mod 863
8: 5438=5434+4=5434⋅5434 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 695 mod 863
16: 54316=5438+8=5438⋅5438 ≡ 695⋅695=483025 ≡ 608 mod 863
32: 54332=54316+16=54316⋅54316 ≡ 608⋅608=369664 ≡ 300 mod 863
64: 54364=54332+32=54332⋅54332 ≡ 300⋅300=90000 ≡ 248 mod 863
128: 543128=54364+64=54364⋅54364 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 231 mod 863
543216
= 543128+64+16+8
= 543128⋅54364⋅54316⋅5438
≡ 231 ⋅ 248 ⋅ 608 ⋅ 695 mod 863
≡ 57288 ⋅ 608 ⋅ 695 mod 863 ≡ 330 ⋅ 608 ⋅ 695 mod 863
≡ 200640 ⋅ 695 mod 863 ≡ 424 ⋅ 695 mod 863
≡ 294680 mod 863 ≡ 397 mod 863
Es gilt also: 543216 ≡ 397 mod 863
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 68.
Also bestimme x, so dass 68 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 68
| =>101 | = 1⋅68 + 33 |
| =>68 | = 2⋅33 + 2 |
| =>33 | = 16⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,68)=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= 33-16⋅2 | |||
| 2= 68-2⋅33 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅33 -16⋅(68 -2⋅ 33)
= 1⋅33 -16⋅68 +32⋅ 33) = -16⋅68 +33⋅ 33 (=1) |
| 33= 101-1⋅68 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -16⋅68 +33⋅(101 -1⋅ 68)
= -16⋅68 +33⋅101 -33⋅ 68) = 33⋅101 -49⋅ 68 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,68)=1 = 33⋅101 -49⋅68
oder wenn man 33⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -33⋅101 = -49⋅68
-49⋅68 = -33⋅101 + 1 |+101⋅68
-49⋅68 + 101⋅68 = -33⋅101 + 101⋅68 + 1
(-49 + 101) ⋅ 68 = (-33 + 68) ⋅ 101 + 1
52⋅68 = 35⋅101 + 1
Es gilt also: 52⋅68 = 35⋅101 +1
Somit 52⋅68 = 1 mod 101
52 ist also das Inverse von 68 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
