Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (399 - 87) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(399 - 87) mod 8 ≡ (399 mod 8 - 87 mod 8) mod 8.
399 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 399
= 400
87 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87
= 80
Somit gilt:
(399 - 87) mod 8 ≡ (7 - 7) mod 8 ≡ 0 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (86 ⋅ 60) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(86 ⋅ 60) mod 11 ≡ (86 mod 11 ⋅ 60 mod 11) mod 11.
86 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 86 = 77 + 9 = 7 ⋅ 11 + 9 ist.
60 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 55 + 5 = 5 ⋅ 11 + 5 ist.
Somit gilt:
(86 ⋅ 60) mod 11 ≡ (9 ⋅ 5) mod 11 ≡ 45 mod 11 ≡ 1 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 24016 mod 491.
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. 240 -> x
2. mod(x²,491) -> 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: 2401=240
2: 2402=2401+1=2401⋅2401 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 153 mod 491
4: 2404=2402+2=2402⋅2402 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 332 mod 491
8: 2408=2404+4=2404⋅2404 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 240 mod 491
16: 24016=2408+8=2408⋅2408 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 153 mod 491
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 543246 mod 907.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 246 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 246 an und zerlegen 246 in eine Summer von 2er-Potenzen:
246 = 128+64+32+16+4+2
1: 5431=543
2: 5432=5431+1=5431⋅5431 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 74 mod 907
4: 5434=5432+2=5432⋅5432 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 34 mod 907
8: 5438=5434+4=5434⋅5434 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 249 mod 907
16: 54316=5438+8=5438⋅5438 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 325 mod 907
32: 54332=54316+16=54316⋅54316 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 413 mod 907
64: 54364=54332+32=54332⋅54332 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 53 mod 907
128: 543128=54364+64=54364⋅54364 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 88 mod 907
543246
= 543128+64+32+16+4+2
= 543128⋅54364⋅54332⋅54316⋅5434⋅5432
≡ 88 ⋅ 53 ⋅ 413 ⋅ 325 ⋅ 34 ⋅ 74 mod 907
≡ 4664 ⋅ 413 ⋅ 325 ⋅ 34 ⋅ 74 mod 907 ≡ 129 ⋅ 413 ⋅ 325 ⋅ 34 ⋅ 74 mod 907
≡ 53277 ⋅ 325 ⋅ 34 ⋅ 74 mod 907 ≡ 671 ⋅ 325 ⋅ 34 ⋅ 74 mod 907
≡ 218075 ⋅ 34 ⋅ 74 mod 907 ≡ 395 ⋅ 34 ⋅ 74 mod 907
≡ 13430 ⋅ 74 mod 907 ≡ 732 ⋅ 74 mod 907
≡ 54168 mod 907 ≡ 655 mod 907
Es gilt also: 543246 ≡ 655 mod 907
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 37.
Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 37
| =>71 | = 1⋅37 + 34 |
| =>37 | = 1⋅34 + 3 |
| =>34 | = 11⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,37)=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= 34-11⋅3 | |||
| 3= 37-1⋅34 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅34 -11⋅(37 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -11⋅37 +11⋅ 34) = -11⋅37 +12⋅ 34 (=1) |
| 34= 71-1⋅37 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -11⋅37 +12⋅(71 -1⋅ 37)
= -11⋅37 +12⋅71 -12⋅ 37) = 12⋅71 -23⋅ 37 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,37)=1 = 12⋅71 -23⋅37
oder wenn man 12⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -12⋅71 = -23⋅37
-23⋅37 = -12⋅71 + 1 |+71⋅37
-23⋅37 + 71⋅37 = -12⋅71 + 71⋅37 + 1
(-23 + 71) ⋅ 37 = (-12 + 37) ⋅ 71 + 1
48⋅37 = 25⋅71 + 1
Es gilt also: 48⋅37 = 25⋅71 +1
Somit 48⋅37 = 1 mod 71
48 ist also das Inverse von 37 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
