Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (39998 + 1598) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(39998 + 1598) mod 8 ≡ (39998 mod 8 + 1598 mod 8) mod 8.
39998 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39998
= 39000
1598 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1598
= 1600
Somit gilt:
(39998 + 1598) mod 8 ≡ (6 + 6) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 96) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(74 ⋅ 96) mod 4 ≡ (74 mod 4 ⋅ 96 mod 4) mod 4.
74 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 18 ⋅ 4 + 2 ist.
96 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 96 + 0 = 24 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(74 ⋅ 96) mod 4 ≡ (2 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 786128 mod 983.
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. 786 -> x
2. mod(x²,983) -> 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: 7861=786
2: 7862=7861+1=7861⋅7861 ≡ 786⋅786=617796 ≡ 472 mod 983
4: 7864=7862+2=7862⋅7862 ≡ 472⋅472=222784 ≡ 626 mod 983
8: 7868=7864+4=7864⋅7864 ≡ 626⋅626=391876 ≡ 642 mod 983
16: 78616=7868+8=7868⋅7868 ≡ 642⋅642=412164 ≡ 287 mod 983
32: 78632=78616+16=78616⋅78616 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 780 mod 983
64: 78664=78632+32=78632⋅78632 ≡ 780⋅780=608400 ≡ 906 mod 983
128: 786128=78664+64=78664⋅78664 ≡ 906⋅906=820836 ≡ 31 mod 983
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 273214 mod 743.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 214 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 214 an und zerlegen 214 in eine Summer von 2er-Potenzen:
214 = 128+64+16+4+2
1: 2731=273
2: 2732=2731+1=2731⋅2731 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 229 mod 743
4: 2734=2732+2=2732⋅2732 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 431 mod 743
8: 2738=2734+4=2734⋅2734 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 11 mod 743
16: 27316=2738+8=2738⋅2738 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 743
32: 27332=27316+16=27316⋅27316 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 524 mod 743
64: 27364=27332+32=27332⋅27332 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 409 mod 743
128: 273128=27364+64=27364⋅27364 ≡ 409⋅409=167281 ≡ 106 mod 743
273214
= 273128+64+16+4+2
= 273128⋅27364⋅27316⋅2734⋅2732
≡ 106 ⋅ 409 ⋅ 121 ⋅ 431 ⋅ 229 mod 743
≡ 43354 ⋅ 121 ⋅ 431 ⋅ 229 mod 743 ≡ 260 ⋅ 121 ⋅ 431 ⋅ 229 mod 743
≡ 31460 ⋅ 431 ⋅ 229 mod 743 ≡ 254 ⋅ 431 ⋅ 229 mod 743
≡ 109474 ⋅ 229 mod 743 ≡ 253 ⋅ 229 mod 743
≡ 57937 mod 743 ≡ 726 mod 743
Es gilt also: 273214 ≡ 726 mod 743
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 39.
Also bestimme x, so dass 39 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 39
| =>73 | = 1⋅39 + 34 |
| =>39 | = 1⋅34 + 5 |
| =>34 | = 6⋅5 + 4 |
| =>5 | = 1⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,39)=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= 5-1⋅4 | |||
| 4= 34-6⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -1⋅(34 -6⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅34 +6⋅ 5) = -1⋅34 +7⋅ 5 (=1) |
| 5= 39-1⋅34 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅34 +7⋅(39 -1⋅ 34)
= -1⋅34 +7⋅39 -7⋅ 34) = 7⋅39 -8⋅ 34 (=1) |
| 34= 73-1⋅39 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅39 -8⋅(73 -1⋅ 39)
= 7⋅39 -8⋅73 +8⋅ 39) = -8⋅73 +15⋅ 39 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,39)=1 = -8⋅73 +15⋅39
oder wenn man -8⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +8⋅73 = +15⋅39
Es gilt also: 15⋅39 = 8⋅73 +1
Somit 15⋅39 = 1 mod 73
15 ist also das Inverse von 39 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
