Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2999 + 3002) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2999 + 3002) mod 3 ≡ (2999 mod 3 + 3002 mod 3) mod 3.
2999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2999
= 3000
3002 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3002
= 3000
Somit gilt:
(2999 + 3002) mod 3 ≡ (2 + 2) mod 3 ≡ 4 mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 80) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(34 ⋅ 80) mod 7 ≡ (34 mod 7 ⋅ 80 mod 7) mod 7.
34 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 28 + 6 = 4 ⋅ 7 + 6 ist.
80 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 77 + 3 = 11 ⋅ 7 + 3 ist.
Somit gilt:
(34 ⋅ 80) mod 7 ≡ (6 ⋅ 3) mod 7 ≡ 18 mod 7 ≡ 4 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 33432 mod 353.
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. 334 -> x
2. mod(x²,353) -> 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: 3341=334
2: 3342=3341+1=3341⋅3341 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 8 mod 353
4: 3344=3342+2=3342⋅3342 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 353
8: 3348=3344+4=3344⋅3344 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 213 mod 353
16: 33416=3348+8=3348⋅3348 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 185 mod 353
32: 33432=33416+16=33416⋅33416 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 337 mod 353
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 303158 mod 593.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 158 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 158 an und zerlegen 158 in eine Summer von 2er-Potenzen:
158 = 128+16+8+4+2
1: 3031=303
2: 3032=3031+1=3031⋅3031 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 487 mod 593
4: 3034=3032+2=3032⋅3032 ≡ 487⋅487=237169 ≡ 562 mod 593
8: 3038=3034+4=3034⋅3034 ≡ 562⋅562=315844 ≡ 368 mod 593
16: 30316=3038+8=3038⋅3038 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 220 mod 593
32: 30332=30316+16=30316⋅30316 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 367 mod 593
64: 30364=30332+32=30332⋅30332 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 78 mod 593
128: 303128=30364+64=30364⋅30364 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 154 mod 593
303158
= 303128+16+8+4+2
= 303128⋅30316⋅3038⋅3034⋅3032
≡ 154 ⋅ 220 ⋅ 368 ⋅ 562 ⋅ 487 mod 593
≡ 33880 ⋅ 368 ⋅ 562 ⋅ 487 mod 593 ≡ 79 ⋅ 368 ⋅ 562 ⋅ 487 mod 593
≡ 29072 ⋅ 562 ⋅ 487 mod 593 ≡ 15 ⋅ 562 ⋅ 487 mod 593
≡ 8430 ⋅ 487 mod 593 ≡ 128 ⋅ 487 mod 593
≡ 62336 mod 593 ≡ 71 mod 593
Es gilt also: 303158 ≡ 71 mod 593
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 38.
Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 38
| =>83 | = 2⋅38 + 7 |
| =>38 | = 5⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,38)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 38-5⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(38 -5⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅38 +10⋅ 7) = -2⋅38 +11⋅ 7 (=1) |
| 7= 83-2⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅38 +11⋅(83 -2⋅ 38)
= -2⋅38 +11⋅83 -22⋅ 38) = 11⋅83 -24⋅ 38 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,38)=1 = 11⋅83 -24⋅38
oder wenn man 11⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅83 = -24⋅38
-24⋅38 = -11⋅83 + 1 |+83⋅38
-24⋅38 + 83⋅38 = -11⋅83 + 83⋅38 + 1
(-24 + 83) ⋅ 38 = (-11 + 38) ⋅ 83 + 1
59⋅38 = 27⋅83 + 1
Es gilt also: 59⋅38 = 27⋅83 +1
Somit 59⋅38 = 1 mod 83
59 ist also das Inverse von 38 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
