Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (89 + 31) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(89 + 31) mod 3 ≡ (89 mod 3 + 31 mod 3) mod 3.
89 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89
= 90
31 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31
= 30
Somit gilt:
(89 + 31) mod 3 ≡ (2 + 1) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 48) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(67 ⋅ 48) mod 5 ≡ (67 mod 5 ⋅ 48 mod 5) mod 5.
67 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 65 + 2 = 13 ⋅ 5 + 2 ist.
48 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 45 + 3 = 9 ⋅ 5 + 3 ist.
Somit gilt:
(67 ⋅ 48) mod 5 ≡ (2 ⋅ 3) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 24264 mod 787.
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. 242 -> x
2. mod(x²,787) -> 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: 2421=242
2: 2422=2421+1=2421⋅2421 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 326 mod 787
4: 2424=2422+2=2422⋅2422 ≡ 326⋅326=106276 ≡ 31 mod 787
8: 2428=2424+4=2424⋅2424 ≡ 31⋅31=961 ≡ 174 mod 787
16: 24216=2428+8=2428⋅2428 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 370 mod 787
32: 24232=24216+16=24216⋅24216 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 749 mod 787
64: 24264=24232+32=24232⋅24232 ≡ 749⋅749=561001 ≡ 657 mod 787
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 167190 mod 541.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 190 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 190 an und zerlegen 190 in eine Summer von 2er-Potenzen:
190 = 128+32+16+8+4+2
1: 1671=167
2: 1672=1671+1=1671⋅1671 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 298 mod 541
4: 1674=1672+2=1672⋅1672 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 80 mod 541
8: 1678=1674+4=1674⋅1674 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 449 mod 541
16: 16716=1678+8=1678⋅1678 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 349 mod 541
32: 16732=16716+16=16716⋅16716 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 76 mod 541
64: 16764=16732+32=16732⋅16732 ≡ 76⋅76=5776 ≡ 366 mod 541
128: 167128=16764+64=16764⋅16764 ≡ 366⋅366=133956 ≡ 329 mod 541
167190
= 167128+32+16+8+4+2
= 167128⋅16732⋅16716⋅1678⋅1674⋅1672
≡ 329 ⋅ 76 ⋅ 349 ⋅ 449 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541
≡ 25004 ⋅ 349 ⋅ 449 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541 ≡ 118 ⋅ 349 ⋅ 449 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541
≡ 41182 ⋅ 449 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541 ≡ 66 ⋅ 449 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541
≡ 29634 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541 ≡ 420 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541
≡ 33600 ⋅ 298 mod 541 ≡ 58 ⋅ 298 mod 541
≡ 17284 mod 541 ≡ 513 mod 541
Es gilt also: 167190 ≡ 513 mod 541
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 42
| =>61 | = 1⋅42 + 19 |
| =>42 | = 2⋅19 + 4 |
| =>19 | = 4⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,42)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 19-4⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4) = -1⋅19 +5⋅ 4 (=1) |
| 4= 42-2⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅19 +5⋅(42 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅42 -10⋅ 19) = 5⋅42 -11⋅ 19 (=1) |
| 19= 61-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅42 -11⋅(61 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -11⋅61 +11⋅ 42) = -11⋅61 +16⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,42)=1 = -11⋅61 +16⋅42
oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅61 = +16⋅42
Es gilt also: 16⋅42 = 11⋅61 +1
Somit 16⋅42 = 1 mod 61
16 ist also das Inverse von 42 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
