Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (45005 + 4492) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(45005 + 4492) mod 9 ≡ (45005 mod 9 + 4492 mod 9) mod 9.
45005 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45005
= 45000
4492 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4492
= 4500
Somit gilt:
(45005 + 4492) mod 9 ≡ (5 + 1) mod 9 ≡ 6 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 15) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(19 ⋅ 15) mod 3 ≡ (19 mod 3 ⋅ 15 mod 3) mod 3.
19 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 18 + 1 = 6 ⋅ 3 + 1 ist.
15 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 15 + 0 = 5 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(19 ⋅ 15) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 63364 mod 757.
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. 633 -> x
2. mod(x²,757) -> 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: 6331=633
2: 6332=6331+1=6331⋅6331 ≡ 633⋅633=400689 ≡ 236 mod 757
4: 6334=6332+2=6332⋅6332 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 435 mod 757
8: 6338=6334+4=6334⋅6334 ≡ 435⋅435=189225 ≡ 732 mod 757
16: 63316=6338+8=6338⋅6338 ≡ 732⋅732=535824 ≡ 625 mod 757
32: 63332=63316+16=63316⋅63316 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 13 mod 757
64: 63364=63332+32=63332⋅63332 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 757
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 186236 mod 389.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 236 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 236 an und zerlegen 236 in eine Summer von 2er-Potenzen:
236 = 128+64+32+8+4
1: 1861=186
2: 1862=1861+1=1861⋅1861 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 364 mod 389
4: 1864=1862+2=1862⋅1862 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 236 mod 389
8: 1868=1864+4=1864⋅1864 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 69 mod 389
16: 18616=1868+8=1868⋅1868 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 93 mod 389
32: 18632=18616+16=18616⋅18616 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 91 mod 389
64: 18664=18632+32=18632⋅18632 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 112 mod 389
128: 186128=18664+64=18664⋅18664 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 96 mod 389
186236
= 186128+64+32+8+4
= 186128⋅18664⋅18632⋅1868⋅1864
≡ 96 ⋅ 112 ⋅ 91 ⋅ 69 ⋅ 236 mod 389
≡ 10752 ⋅ 91 ⋅ 69 ⋅ 236 mod 389 ≡ 249 ⋅ 91 ⋅ 69 ⋅ 236 mod 389
≡ 22659 ⋅ 69 ⋅ 236 mod 389 ≡ 97 ⋅ 69 ⋅ 236 mod 389
≡ 6693 ⋅ 236 mod 389 ≡ 80 ⋅ 236 mod 389
≡ 18880 mod 389 ≡ 208 mod 389
Es gilt also: 186236 ≡ 208 mod 389
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 43.
Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 43
| =>73 | = 1⋅43 + 30 |
| =>43 | = 1⋅30 + 13 |
| =>30 | = 2⋅13 + 4 |
| =>13 | = 3⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,43)=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= 13-3⋅4 | |||
| 4= 30-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -3⋅(30 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -3⋅30 +6⋅ 13) = -3⋅30 +7⋅ 13 (=1) |
| 13= 43-1⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅30 +7⋅(43 -1⋅ 30)
= -3⋅30 +7⋅43 -7⋅ 30) = 7⋅43 -10⋅ 30 (=1) |
| 30= 73-1⋅43 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅43 -10⋅(73 -1⋅ 43)
= 7⋅43 -10⋅73 +10⋅ 43) = -10⋅73 +17⋅ 43 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,43)=1 = -10⋅73 +17⋅43
oder wenn man -10⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +10⋅73 = +17⋅43
Es gilt also: 17⋅43 = 10⋅73 +1
Somit 17⋅43 = 1 mod 73
17 ist also das Inverse von 43 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
