Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (36009 - 45001) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(36009 - 45001) mod 9 ≡ (36009 mod 9 - 45001 mod 9) mod 9.
36009 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36009
= 36000
45001 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45001
= 45000
Somit gilt:
(36009 - 45001) mod 9 ≡ (0 - 1) mod 9 ≡ -1 mod 9 ≡ 8 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (57 ⋅ 71) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(57 ⋅ 71) mod 11 ≡ (57 mod 11 ⋅ 71 mod 11) mod 11.
57 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 55 + 2 = 5 ⋅ 11 + 2 ist.
71 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 66 + 5 = 6 ⋅ 11 + 5 ist.
Somit gilt:
(57 ⋅ 71) mod 11 ≡ (2 ⋅ 5) mod 11 ≡ 10 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 20616 mod 281.
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. 206 -> x
2. mod(x²,281) -> 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: 2061=206
2: 2062=2061+1=2061⋅2061 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 5 mod 281
4: 2064=2062+2=2062⋅2062 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 281
8: 2068=2064+4=2064⋅2064 ≡ 25⋅25=625 ≡ 63 mod 281
16: 20616=2068+8=2068⋅2068 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 35 mod 281
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 230247 mod 307.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 247 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 247 an und zerlegen 247 in eine Summer von 2er-Potenzen:
247 = 128+64+32+16+4+2+1
1: 2301=230
2: 2302=2301+1=2301⋅2301 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 96 mod 307
4: 2304=2302+2=2302⋅2302 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 6 mod 307
8: 2308=2304+4=2304⋅2304 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 307
16: 23016=2308+8=2308⋅2308 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 68 mod 307
32: 23032=23016+16=23016⋅23016 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 19 mod 307
64: 23064=23032+32=23032⋅23032 ≡ 19⋅19=361 ≡ 54 mod 307
128: 230128=23064+64=23064⋅23064 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 153 mod 307
230247
= 230128+64+32+16+4+2+1
= 230128⋅23064⋅23032⋅23016⋅2304⋅2302⋅2301
≡ 153 ⋅ 54 ⋅ 19 ⋅ 68 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307
≡ 8262 ⋅ 19 ⋅ 68 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307 ≡ 280 ⋅ 19 ⋅ 68 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307
≡ 5320 ⋅ 68 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307 ≡ 101 ⋅ 68 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307
≡ 6868 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307 ≡ 114 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307
≡ 684 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307 ≡ 70 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307
≡ 6720 ⋅ 230 mod 307 ≡ 273 ⋅ 230 mod 307
≡ 62790 mod 307 ≡ 162 mod 307
Es gilt also: 230247 ≡ 162 mod 307
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 52.
Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 52
| =>101 | = 1⋅52 + 49 |
| =>52 | = 1⋅49 + 3 |
| =>49 | = 16⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,52)=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= 49-16⋅3 | |||
| 3= 52-1⋅49 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅49 -16⋅(52 -1⋅ 49)
= 1⋅49 -16⋅52 +16⋅ 49) = -16⋅52 +17⋅ 49 (=1) |
| 49= 101-1⋅52 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -16⋅52 +17⋅(101 -1⋅ 52)
= -16⋅52 +17⋅101 -17⋅ 52) = 17⋅101 -33⋅ 52 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,52)=1 = 17⋅101 -33⋅52
oder wenn man 17⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -17⋅101 = -33⋅52
-33⋅52 = -17⋅101 + 1 |+101⋅52
-33⋅52 + 101⋅52 = -17⋅101 + 101⋅52 + 1
(-33 + 101) ⋅ 52 = (-17 + 52) ⋅ 101 + 1
68⋅52 = 35⋅101 + 1
Es gilt also: 68⋅52 = 35⋅101 +1
Somit 68⋅52 = 1 mod 101
68 ist also das Inverse von 52 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
