Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (275 + 96) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(275 + 96) mod 9 ≡ (275 mod 9 + 96 mod 9) mod 9.
275 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 275
= 270
96 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96
= 90
Somit gilt:
(275 + 96) mod 9 ≡ (5 + 6) mod 9 ≡ 11 mod 9 ≡ 2 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (69 ⋅ 90) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(69 ⋅ 90) mod 6 ≡ (69 mod 6 ⋅ 90 mod 6) mod 6.
69 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 66 + 3 = 11 ⋅ 6 + 3 ist.
90 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 90 + 0 = 15 ⋅ 6 + 0 ist.
Somit gilt:
(69 ⋅ 90) mod 6 ≡ (3 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 433128 mod 599.
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. 433 -> x
2. mod(x²,599) -> 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: 4331=433
2: 4332=4331+1=4331⋅4331 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 2 mod 599
4: 4334=4332+2=4332⋅4332 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 599
8: 4338=4334+4=4334⋅4334 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 599
16: 43316=4338+8=4338⋅4338 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 599
32: 43332=43316+16=43316⋅43316 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 245 mod 599
64: 43364=43332+32=43332⋅43332 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 125 mod 599
128: 433128=43364+64=43364⋅43364 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 51 mod 599
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 270183 mod 421.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 183 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 183 an und zerlegen 183 in eine Summer von 2er-Potenzen:
183 = 128+32+16+4+2+1
1: 2701=270
2: 2702=2701+1=2701⋅2701 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 67 mod 421
4: 2704=2702+2=2702⋅2702 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 279 mod 421
8: 2708=2704+4=2704⋅2704 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 377 mod 421
16: 27016=2708+8=2708⋅2708 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 252 mod 421
32: 27032=27016+16=27016⋅27016 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 354 mod 421
64: 27064=27032+32=27032⋅27032 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 279 mod 421
128: 270128=27064+64=27064⋅27064 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 377 mod 421
270183
= 270128+32+16+4+2+1
= 270128⋅27032⋅27016⋅2704⋅2702⋅2701
≡ 377 ⋅ 354 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 67 ⋅ 270 mod 421
≡ 133458 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 67 ⋅ 270 mod 421 ≡ 1 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 67 ⋅ 270 mod 421
≡ 252 ⋅ 279 ⋅ 67 ⋅ 270 mod 421
≡ 70308 ⋅ 67 ⋅ 270 mod 421 ≡ 1 ⋅ 67 ⋅ 270 mod 421
≡ 67 ⋅ 270 mod 421
≡ 18090 mod 421 ≡ 408 mod 421
Es gilt also: 270183 ≡ 408 mod 421
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 59
| =>89 | = 1⋅59 + 30 |
| =>59 | = 1⋅30 + 29 |
| =>30 | = 1⋅29 + 1 |
| =>29 | = 29⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,59)=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= 30-1⋅29 | |||
| 29= 59-1⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅30 -1⋅(59 -1⋅ 30)
= 1⋅30 -1⋅59 +1⋅ 30) = -1⋅59 +2⋅ 30 (=1) |
| 30= 89-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅59 +2⋅(89 -1⋅ 59)
= -1⋅59 +2⋅89 -2⋅ 59) = 2⋅89 -3⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,59)=1 = 2⋅89 -3⋅59
oder wenn man 2⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅89 = -3⋅59
-3⋅59 = -2⋅89 + 1 |+89⋅59
-3⋅59 + 89⋅59 = -2⋅89 + 89⋅59 + 1
(-3 + 89) ⋅ 59 = (-2 + 59) ⋅ 89 + 1
86⋅59 = 57⋅89 + 1
Es gilt also: 86⋅59 = 57⋅89 +1
Somit 86⋅59 = 1 mod 89
86 ist also das Inverse von 59 mod 89
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.
