Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1801 - 3000) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1801 - 3000) mod 6 ≡ (1801 mod 6 - 3000 mod 6) mod 6.
1801 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1801
= 1800
3000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000
= 3000
Somit gilt:
(1801 - 3000) mod 6 ≡ (1 - 0) mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (51 ⋅ 88) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(51 ⋅ 88) mod 6 ≡ (51 mod 6 ⋅ 88 mod 6) mod 6.
51 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 48 + 3 = 8 ⋅ 6 + 3 ist.
88 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 84 + 4 = 14 ⋅ 6 + 4 ist.
Somit gilt:
(51 ⋅ 88) mod 6 ≡ (3 ⋅ 4) mod 6 ≡ 12 mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 25732 mod 271.
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. 257 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 2571=257
2: 2572=2571+1=2571⋅2571 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 196 mod 271
4: 2574=2572+2=2572⋅2572 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 205 mod 271
8: 2578=2574+4=2574⋅2574 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 20 mod 271
16: 25716=2578+8=2578⋅2578 ≡ 20⋅20=400 ≡ 129 mod 271
32: 25732=25716+16=25716⋅25716 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 110 mod 271
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 365248 mod 859.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:
248 = 128+64+32+16+8
1: 3651=365
2: 3652=3651+1=3651⋅3651 ≡ 365⋅365=133225 ≡ 80 mod 859
4: 3654=3652+2=3652⋅3652 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 387 mod 859
8: 3658=3654+4=3654⋅3654 ≡ 387⋅387=149769 ≡ 303 mod 859
16: 36516=3658+8=3658⋅3658 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 755 mod 859
32: 36532=36516+16=36516⋅36516 ≡ 755⋅755=570025 ≡ 508 mod 859
64: 36564=36532+32=36532⋅36532 ≡ 508⋅508=258064 ≡ 364 mod 859
128: 365128=36564+64=36564⋅36564 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 210 mod 859
365248
= 365128+64+32+16+8
= 365128⋅36564⋅36532⋅36516⋅3658
≡ 210 ⋅ 364 ⋅ 508 ⋅ 755 ⋅ 303 mod 859
≡ 76440 ⋅ 508 ⋅ 755 ⋅ 303 mod 859 ≡ 848 ⋅ 508 ⋅ 755 ⋅ 303 mod 859
≡ 430784 ⋅ 755 ⋅ 303 mod 859 ≡ 425 ⋅ 755 ⋅ 303 mod 859
≡ 320875 ⋅ 303 mod 859 ≡ 468 ⋅ 303 mod 859
≡ 141804 mod 859 ≡ 69 mod 859
Es gilt also: 365248 ≡ 69 mod 859
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 74.
Also bestimme x, so dass 74 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 74
| =>83 | = 1⋅74 + 9 |
| =>74 | = 8⋅9 + 2 |
| =>9 | = 4⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,74)=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= 9-4⋅2 | |||
| 2= 74-8⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -4⋅(74 -8⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅74 +32⋅ 9) = -4⋅74 +33⋅ 9 (=1) |
| 9= 83-1⋅74 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅74 +33⋅(83 -1⋅ 74)
= -4⋅74 +33⋅83 -33⋅ 74) = 33⋅83 -37⋅ 74 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,74)=1 = 33⋅83 -37⋅74
oder wenn man 33⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -33⋅83 = -37⋅74
-37⋅74 = -33⋅83 + 1 |+83⋅74
-37⋅74 + 83⋅74 = -33⋅83 + 83⋅74 + 1
(-37 + 83) ⋅ 74 = (-33 + 74) ⋅ 83 + 1
46⋅74 = 41⋅83 + 1
Es gilt also: 46⋅74 = 41⋅83 +1
Somit 46⋅74 = 1 mod 83
46 ist also das Inverse von 74 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
