Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (900 - 26991) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(900 - 26991) mod 9 ≡ (900 mod 9 - 26991 mod 9) mod 9.
900 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 900
= 900
26991 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26991
= 27000
Somit gilt:
(900 - 26991) mod 9 ≡ (0 - 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (91 ⋅ 61) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(91 ⋅ 61) mod 5 ≡ (91 mod 5 ⋅ 61 mod 5) mod 5.
91 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 18 ⋅ 5 + 1 ist.
61 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 12 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(91 ⋅ 61) mod 5 ≡ (1 ⋅ 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 30332 mod 797.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 303 -> x
2. mod(x²,797) -> 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: 3031=303
2: 3032=3031+1=3031⋅3031 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 154 mod 797
4: 3034=3032+2=3032⋅3032 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 603 mod 797
8: 3038=3034+4=3034⋅3034 ≡ 603⋅603=363609 ≡ 177 mod 797
16: 30316=3038+8=3038⋅3038 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 246 mod 797
32: 30332=30316+16=30316⋅30316 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 741 mod 797
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 148247 mod 281.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 247 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 247 an und zerlegen 247 in eine Summer von 2er-Potenzen:
247 = 128+64+32+16+4+2+1
1: 1481=148
2: 1482=1481+1=1481⋅1481 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 267 mod 281
4: 1484=1482+2=1482⋅1482 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 196 mod 281
8: 1488=1484+4=1484⋅1484 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 200 mod 281
16: 14816=1488+8=1488⋅1488 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 98 mod 281
32: 14832=14816+16=14816⋅14816 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 50 mod 281
64: 14864=14832+32=14832⋅14832 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 252 mod 281
128: 148128=14864+64=14864⋅14864 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 279 mod 281
148247
= 148128+64+32+16+4+2+1
= 148128⋅14864⋅14832⋅14816⋅1484⋅1482⋅1481
≡ 279 ⋅ 252 ⋅ 50 ⋅ 98 ⋅ 196 ⋅ 267 ⋅ 148 mod 281
≡ 70308 ⋅ 50 ⋅ 98 ⋅ 196 ⋅ 267 ⋅ 148 mod 281 ≡ 58 ⋅ 50 ⋅ 98 ⋅ 196 ⋅ 267 ⋅ 148 mod 281
≡ 2900 ⋅ 98 ⋅ 196 ⋅ 267 ⋅ 148 mod 281 ≡ 90 ⋅ 98 ⋅ 196 ⋅ 267 ⋅ 148 mod 281
≡ 8820 ⋅ 196 ⋅ 267 ⋅ 148 mod 281 ≡ 109 ⋅ 196 ⋅ 267 ⋅ 148 mod 281
≡ 21364 ⋅ 267 ⋅ 148 mod 281 ≡ 8 ⋅ 267 ⋅ 148 mod 281
≡ 2136 ⋅ 148 mod 281 ≡ 169 ⋅ 148 mod 281
≡ 25012 mod 281 ≡ 3 mod 281
Es gilt also: 148247 ≡ 3 mod 281
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 27.
Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 27
| =>79 | = 2⋅27 + 25 |
| =>27 | = 1⋅25 + 2 |
| =>25 | = 12⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,27)=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= 25-12⋅2 | |||
| 2= 27-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -12⋅(27 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -12⋅27 +12⋅ 25) = -12⋅27 +13⋅ 25 (=1) |
| 25= 79-2⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -12⋅27 +13⋅(79 -2⋅ 27)
= -12⋅27 +13⋅79 -26⋅ 27) = 13⋅79 -38⋅ 27 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,27)=1 = 13⋅79 -38⋅27
oder wenn man 13⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅79 = -38⋅27
-38⋅27 = -13⋅79 + 1 |+79⋅27
-38⋅27 + 79⋅27 = -13⋅79 + 79⋅27 + 1
(-38 + 79) ⋅ 27 = (-13 + 27) ⋅ 79 + 1
41⋅27 = 14⋅79 + 1
Es gilt also: 41⋅27 = 14⋅79 +1
Somit 41⋅27 = 1 mod 79
41 ist also das Inverse von 27 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
