Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (102 - 15004) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(102 - 15004) mod 5 ≡ (102 mod 5 - 15004 mod 5) mod 5.
102 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 102
= 100
15004 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15004
= 15000
Somit gilt:
(102 - 15004) mod 5 ≡ (2 - 4) mod 5 ≡ -2 mod 5 ≡ 3 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (72 ⋅ 91) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(72 ⋅ 91) mod 10 ≡ (72 mod 10 ⋅ 91 mod 10) mod 10.
72 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 70 + 2 = 7 ⋅ 10 + 2 ist.
91 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 9 ⋅ 10 + 1 ist.
Somit gilt:
(72 ⋅ 91) mod 10 ≡ (2 ⋅ 1) mod 10 ≡ 2 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 35164 mod 439.
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. 351 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 3511=351
2: 3512=3511+1=3511⋅3511 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 281 mod 439
4: 3514=3512+2=3512⋅3512 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 380 mod 439
8: 3518=3514+4=3514⋅3514 ≡ 380⋅380=144400 ≡ 408 mod 439
16: 35116=3518+8=3518⋅3518 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 83 mod 439
32: 35132=35116+16=35116⋅35116 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 304 mod 439
64: 35164=35132+32=35132⋅35132 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 226 mod 439
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 31887 mod 503.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 87 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 87 an und zerlegen 87 in eine Summer von 2er-Potenzen:
87 = 64+16+4+2+1
1: 3181=318
2: 3182=3181+1=3181⋅3181 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 21 mod 503
4: 3184=3182+2=3182⋅3182 ≡ 21⋅21=441 ≡ 441 mod 503
8: 3188=3184+4=3184⋅3184 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 323 mod 503
16: 31816=3188+8=3188⋅3188 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 208 mod 503
32: 31832=31816+16=31816⋅31816 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 6 mod 503
64: 31864=31832+32=31832⋅31832 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 503
31887
= 31864+16+4+2+1
= 31864⋅31816⋅3184⋅3182⋅3181
≡ 36 ⋅ 208 ⋅ 441 ⋅ 21 ⋅ 318 mod 503
≡ 7488 ⋅ 441 ⋅ 21 ⋅ 318 mod 503 ≡ 446 ⋅ 441 ⋅ 21 ⋅ 318 mod 503
≡ 196686 ⋅ 21 ⋅ 318 mod 503 ≡ 13 ⋅ 21 ⋅ 318 mod 503
≡ 273 ⋅ 318 mod 503
≡ 86814 mod 503 ≡ 298 mod 503
Es gilt also: 31887 ≡ 298 mod 503
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 72.
Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 72
| =>101 | = 1⋅72 + 29 |
| =>72 | = 2⋅29 + 14 |
| =>29 | = 2⋅14 + 1 |
| =>14 | = 14⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,72)=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= 29-2⋅14 | |||
| 14= 72-2⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅29 -2⋅(72 -2⋅ 29)
= 1⋅29 -2⋅72 +4⋅ 29) = -2⋅72 +5⋅ 29 (=1) |
| 29= 101-1⋅72 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅72 +5⋅(101 -1⋅ 72)
= -2⋅72 +5⋅101 -5⋅ 72) = 5⋅101 -7⋅ 72 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,72)=1 = 5⋅101 -7⋅72
oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅101 = -7⋅72
-7⋅72 = -5⋅101 + 1 |+101⋅72
-7⋅72 + 101⋅72 = -5⋅101 + 101⋅72 + 1
(-7 + 101) ⋅ 72 = (-5 + 72) ⋅ 101 + 1
94⋅72 = 67⋅101 + 1
Es gilt also: 94⋅72 = 67⋅101 +1
Somit 94⋅72 = 1 mod 101
94 ist also das Inverse von 72 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
