Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (14998 + 15000) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(14998 + 15000) mod 3 ≡ (14998 mod 3 + 15000 mod 3) mod 3.
14998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14998
= 15000
15000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15000
= 15000
Somit gilt:
(14998 + 15000) mod 3 ≡ (1 + 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (39 ⋅ 25) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(39 ⋅ 25) mod 10 ≡ (39 mod 10 ⋅ 25 mod 10) mod 10.
39 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 30 + 9 = 3 ⋅ 10 + 9 ist.
25 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 20 + 5 = 2 ⋅ 10 + 5 ist.
Somit gilt:
(39 ⋅ 25) mod 10 ≡ (9 ⋅ 5) mod 10 ≡ 45 mod 10 ≡ 5 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 76564 mod 821.
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. 765 -> x
2. mod(x²,821) -> 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: 7651=765
2: 7652=7651+1=7651⋅7651 ≡ 765⋅765=585225 ≡ 673 mod 821
4: 7654=7652+2=7652⋅7652 ≡ 673⋅673=452929 ≡ 558 mod 821
8: 7658=7654+4=7654⋅7654 ≡ 558⋅558=311364 ≡ 205 mod 821
16: 76516=7658+8=7658⋅7658 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 154 mod 821
32: 76532=76516+16=76516⋅76516 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 728 mod 821
64: 76564=76532+32=76532⋅76532 ≡ 728⋅728=529984 ≡ 439 mod 821
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 684115 mod 739.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 115 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 115 an und zerlegen 115 in eine Summer von 2er-Potenzen:
115 = 64+32+16+2+1
1: 6841=684
2: 6842=6841+1=6841⋅6841 ≡ 684⋅684=467856 ≡ 69 mod 739
4: 6844=6842+2=6842⋅6842 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 327 mod 739
8: 6848=6844+4=6844⋅6844 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 513 mod 739
16: 68416=6848+8=6848⋅6848 ≡ 513⋅513=263169 ≡ 85 mod 739
32: 68432=68416+16=68416⋅68416 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 574 mod 739
64: 68464=68432+32=68432⋅68432 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 621 mod 739
684115
= 68464+32+16+2+1
= 68464⋅68432⋅68416⋅6842⋅6841
≡ 621 ⋅ 574 ⋅ 85 ⋅ 69 ⋅ 684 mod 739
≡ 356454 ⋅ 85 ⋅ 69 ⋅ 684 mod 739 ≡ 256 ⋅ 85 ⋅ 69 ⋅ 684 mod 739
≡ 21760 ⋅ 69 ⋅ 684 mod 739 ≡ 329 ⋅ 69 ⋅ 684 mod 739
≡ 22701 ⋅ 684 mod 739 ≡ 531 ⋅ 684 mod 739
≡ 363204 mod 739 ≡ 355 mod 739
Es gilt also: 684115 ≡ 355 mod 739
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 47.
Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 47
| =>61 | = 1⋅47 + 14 |
| =>47 | = 3⋅14 + 5 |
| =>14 | = 2⋅5 + 4 |
| =>5 | = 1⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,47)=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= 5-1⋅4 | |||
| 4= 14-2⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -1⋅(14 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅14 +2⋅ 5) = -1⋅14 +3⋅ 5 (=1) |
| 5= 47-3⋅14 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅14 +3⋅(47 -3⋅ 14)
= -1⋅14 +3⋅47 -9⋅ 14) = 3⋅47 -10⋅ 14 (=1) |
| 14= 61-1⋅47 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅47 -10⋅(61 -1⋅ 47)
= 3⋅47 -10⋅61 +10⋅ 47) = -10⋅61 +13⋅ 47 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,47)=1 = -10⋅61 +13⋅47
oder wenn man -10⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +10⋅61 = +13⋅47
Es gilt also: 13⋅47 = 10⋅61 +1
Somit 13⋅47 = 1 mod 61
13 ist also das Inverse von 47 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
