Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1999 + 16003) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1999 + 16003) mod 4 ≡ (1999 mod 4 + 16003 mod 4) mod 4.
1999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1999
= 1900
16003 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16003
= 16000
Somit gilt:
(1999 + 16003) mod 4 ≡ (3 + 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 83) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(65 ⋅ 83) mod 9 ≡ (65 mod 9 ⋅ 83 mod 9) mod 9.
65 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 63 + 2 = 7 ⋅ 9 + 2 ist.
83 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 81 + 2 = 9 ⋅ 9 + 2 ist.
Somit gilt:
(65 ⋅ 83) mod 9 ≡ (2 ⋅ 2) mod 9 ≡ 4 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 238128 mod 283.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 238 -> x
2. mod(x²,283) -> 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: 2381=238
2: 2382=2381+1=2381⋅2381 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 44 mod 283
4: 2384=2382+2=2382⋅2382 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 238 mod 283
8: 2388=2384+4=2384⋅2384 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 44 mod 283
16: 23816=2388+8=2388⋅2388 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 238 mod 283
32: 23832=23816+16=23816⋅23816 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 44 mod 283
64: 23864=23832+32=23832⋅23832 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 238 mod 283
128: 238128=23864+64=23864⋅23864 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 44 mod 283
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 420101 mod 887.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 101 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 101 an und zerlegen 101 in eine Summer von 2er-Potenzen:
101 = 64+32+4+1
1: 4201=420
2: 4202=4201+1=4201⋅4201 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 774 mod 887
4: 4204=4202+2=4202⋅4202 ≡ 774⋅774=599076 ≡ 351 mod 887
8: 4208=4204+4=4204⋅4204 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 795 mod 887
16: 42016=4208+8=4208⋅4208 ≡ 795⋅795=632025 ≡ 481 mod 887
32: 42032=42016+16=42016⋅42016 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 741 mod 887
64: 42064=42032+32=42032⋅42032 ≡ 741⋅741=549081 ≡ 28 mod 887
420101
= 42064+32+4+1
= 42064⋅42032⋅4204⋅4201
≡ 28 ⋅ 741 ⋅ 351 ⋅ 420 mod 887
≡ 20748 ⋅ 351 ⋅ 420 mod 887 ≡ 347 ⋅ 351 ⋅ 420 mod 887
≡ 121797 ⋅ 420 mod 887 ≡ 278 ⋅ 420 mod 887
≡ 116760 mod 887 ≡ 563 mod 887
Es gilt also: 420101 ≡ 563 mod 887
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 48.
Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 48
| =>71 | = 1⋅48 + 23 |
| =>48 | = 2⋅23 + 2 |
| =>23 | = 11⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,48)=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= 23-11⋅2 | |||
| 2= 48-2⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅23 -11⋅(48 -2⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅48 +22⋅ 23) = -11⋅48 +23⋅ 23 (=1) |
| 23= 71-1⋅48 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -11⋅48 +23⋅(71 -1⋅ 48)
= -11⋅48 +23⋅71 -23⋅ 48) = 23⋅71 -34⋅ 48 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,48)=1 = 23⋅71 -34⋅48
oder wenn man 23⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -23⋅71 = -34⋅48
-34⋅48 = -23⋅71 + 1 |+71⋅48
-34⋅48 + 71⋅48 = -23⋅71 + 71⋅48 + 1
(-34 + 71) ⋅ 48 = (-23 + 48) ⋅ 71 + 1
37⋅48 = 25⋅71 + 1
Es gilt also: 37⋅48 = 25⋅71 +1
Somit 37⋅48 = 1 mod 71
37 ist also das Inverse von 48 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
