Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (360 - 18007) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(360 - 18007) mod 9 ≡ (360 mod 9 - 18007 mod 9) mod 9.
360 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 360
= 360
18007 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18007
= 18000
Somit gilt:
(360 - 18007) mod 9 ≡ (0 - 7) mod 9 ≡ -7 mod 9 ≡ 2 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (95 ⋅ 33) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(95 ⋅ 33) mod 11 ≡ (95 mod 11 ⋅ 33 mod 11) mod 11.
95 mod 11 ≡ 7 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 88 + 7 = 8 ⋅ 11 + 7 ist.
33 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 33 + 0 = 3 ⋅ 11 + 0 ist.
Somit gilt:
(95 ⋅ 33) mod 11 ≡ (7 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 8048 mod 821.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 804 -> x
2. mod(x²,821) -> 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: 8041=804
2: 8042=8041+1=8041⋅8041 ≡ 804⋅804=646416 ≡ 289 mod 821
4: 8044=8042+2=8042⋅8042 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 600 mod 821
8: 8048=8044+4=8044⋅8044 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 402 mod 821
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 310187 mod 521.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 187 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 187 an und zerlegen 187 in eine Summer von 2er-Potenzen:
187 = 128+32+16+8+2+1
1: 3101=310
2: 3102=3101+1=3101⋅3101 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 236 mod 521
4: 3104=3102+2=3102⋅3102 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 470 mod 521
8: 3108=3104+4=3104⋅3104 ≡ 470⋅470=220900 ≡ 517 mod 521
16: 31016=3108+8=3108⋅3108 ≡ 517⋅517=267289 ≡ 16 mod 521
32: 31032=31016+16=31016⋅31016 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 521
64: 31064=31032+32=31032⋅31032 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 411 mod 521
128: 310128=31064+64=31064⋅31064 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 117 mod 521
310187
= 310128+32+16+8+2+1
= 310128⋅31032⋅31016⋅3108⋅3102⋅3101
≡ 117 ⋅ 256 ⋅ 16 ⋅ 517 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521
≡ 29952 ⋅ 16 ⋅ 517 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521 ≡ 255 ⋅ 16 ⋅ 517 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521
≡ 4080 ⋅ 517 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521 ≡ 433 ⋅ 517 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521
≡ 223861 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521 ≡ 352 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521
≡ 83072 ⋅ 310 mod 521 ≡ 233 ⋅ 310 mod 521
≡ 72230 mod 521 ≡ 332 mod 521
Es gilt also: 310187 ≡ 332 mod 521
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 71.
Also bestimme x, so dass 71 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 71
| =>83 | = 1⋅71 + 12 |
| =>71 | = 5⋅12 + 11 |
| =>12 | = 1⋅11 + 1 |
| =>11 | = 11⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,71)=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= 12-1⋅11 | |||
| 11= 71-5⋅12 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅12 -1⋅(71 -5⋅ 12)
= 1⋅12 -1⋅71 +5⋅ 12) = -1⋅71 +6⋅ 12 (=1) |
| 12= 83-1⋅71 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅71 +6⋅(83 -1⋅ 71)
= -1⋅71 +6⋅83 -6⋅ 71) = 6⋅83 -7⋅ 71 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,71)=1 = 6⋅83 -7⋅71
oder wenn man 6⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -6⋅83 = -7⋅71
-7⋅71 = -6⋅83 + 1 |+83⋅71
-7⋅71 + 83⋅71 = -6⋅83 + 83⋅71 + 1
(-7 + 83) ⋅ 71 = (-6 + 71) ⋅ 83 + 1
76⋅71 = 65⋅83 + 1
Es gilt also: 76⋅71 = 65⋅83 +1
Somit 76⋅71 = 1 mod 83
76 ist also das Inverse von 71 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
