Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (152 - 63) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(152 - 63) mod 3 ≡ (152 mod 3 - 63 mod 3) mod 3.
152 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 152
= 150
63 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63
= 60
Somit gilt:
(152 - 63) mod 3 ≡ (2 - 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (66 ⋅ 24) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(66 ⋅ 24) mod 9 ≡ (66 mod 9 ⋅ 24 mod 9) mod 9.
66 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 63 + 3 = 7 ⋅ 9 + 3 ist.
24 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 18 + 6 = 2 ⋅ 9 + 6 ist.
Somit gilt:
(66 ⋅ 24) mod 9 ≡ (3 ⋅ 6) mod 9 ≡ 18 mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 43716 mod 467.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 437 -> x
2. mod(x²,467) -> 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: 4371=437
2: 4372=4371+1=4371⋅4371 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 433 mod 467
4: 4374=4372+2=4372⋅4372 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 222 mod 467
8: 4378=4374+4=4374⋅4374 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 249 mod 467
16: 43716=4378+8=4378⋅4378 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 357 mod 467
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 464231 mod 563.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 231 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 231 an und zerlegen 231 in eine Summer von 2er-Potenzen:
231 = 128+64+32+4+2+1
1: 4641=464
2: 4642=4641+1=4641⋅4641 ≡ 464⋅464=215296 ≡ 230 mod 563
4: 4644=4642+2=4642⋅4642 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 541 mod 563
8: 4648=4644+4=4644⋅4644 ≡ 541⋅541=292681 ≡ 484 mod 563
16: 46416=4648+8=4648⋅4648 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 48 mod 563
32: 46432=46416+16=46416⋅46416 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 52 mod 563
64: 46464=46432+32=46432⋅46432 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 452 mod 563
128: 464128=46464+64=46464⋅46464 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 498 mod 563
464231
= 464128+64+32+4+2+1
= 464128⋅46464⋅46432⋅4644⋅4642⋅4641
≡ 498 ⋅ 452 ⋅ 52 ⋅ 541 ⋅ 230 ⋅ 464 mod 563
≡ 225096 ⋅ 52 ⋅ 541 ⋅ 230 ⋅ 464 mod 563 ≡ 459 ⋅ 52 ⋅ 541 ⋅ 230 ⋅ 464 mod 563
≡ 23868 ⋅ 541 ⋅ 230 ⋅ 464 mod 563 ≡ 222 ⋅ 541 ⋅ 230 ⋅ 464 mod 563
≡ 120102 ⋅ 230 ⋅ 464 mod 563 ≡ 183 ⋅ 230 ⋅ 464 mod 563
≡ 42090 ⋅ 464 mod 563 ≡ 428 ⋅ 464 mod 563
≡ 198592 mod 563 ≡ 416 mod 563
Es gilt also: 464231 ≡ 416 mod 563
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 75.
Also bestimme x, so dass 75 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 75
| =>83 | = 1⋅75 + 8 |
| =>75 | = 9⋅8 + 3 |
| =>8 | = 2⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,75)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 8-2⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3) = -1⋅8 +3⋅ 3 (=1) |
| 3= 75-9⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅8 +3⋅(75 -9⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅75 -27⋅ 8) = 3⋅75 -28⋅ 8 (=1) |
| 8= 83-1⋅75 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅75 -28⋅(83 -1⋅ 75)
= 3⋅75 -28⋅83 +28⋅ 75) = -28⋅83 +31⋅ 75 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,75)=1 = -28⋅83 +31⋅75
oder wenn man -28⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +28⋅83 = +31⋅75
Es gilt also: 31⋅75 = 28⋅83 +1
Somit 31⋅75 = 1 mod 83
31 ist also das Inverse von 75 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
