Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2499 + 1996) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2499 + 1996) mod 5 ≡ (2499 mod 5 + 1996 mod 5) mod 5.
2499 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2499
= 2400
1996 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1996
= 1900
Somit gilt:
(2499 + 1996) mod 5 ≡ (4 + 1) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (25 ⋅ 70) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(25 ⋅ 70) mod 10 ≡ (25 mod 10 ⋅ 70 mod 10) mod 10.
25 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 20 + 5 = 2 ⋅ 10 + 5 ist.
70 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 7 ⋅ 10 + 0 ist.
Somit gilt:
(25 ⋅ 70) mod 10 ≡ (5 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 50032 mod 691.
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. 500 -> x
2. mod(x²,691) -> 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: 5001=500
2: 5002=5001+1=5001⋅5001 ≡ 500⋅500=250000 ≡ 549 mod 691
4: 5004=5002+2=5002⋅5002 ≡ 549⋅549=301401 ≡ 125 mod 691
8: 5008=5004+4=5004⋅5004 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 423 mod 691
16: 50016=5008+8=5008⋅5008 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 651 mod 691
32: 50032=50016+16=50016⋅50016 ≡ 651⋅651=423801 ≡ 218 mod 691
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 444123 mod 907.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 123 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 123 an und zerlegen 123 in eine Summer von 2er-Potenzen:
123 = 64+32+16+8+2+1
1: 4441=444
2: 4442=4441+1=4441⋅4441 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 317 mod 907
4: 4444=4442+2=4442⋅4442 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 719 mod 907
8: 4448=4444+4=4444⋅4444 ≡ 719⋅719=516961 ≡ 878 mod 907
16: 44416=4448+8=4448⋅4448 ≡ 878⋅878=770884 ≡ 841 mod 907
32: 44432=44416+16=44416⋅44416 ≡ 841⋅841=707281 ≡ 728 mod 907
64: 44464=44432+32=44432⋅44432 ≡ 728⋅728=529984 ≡ 296 mod 907
444123
= 44464+32+16+8+2+1
= 44464⋅44432⋅44416⋅4448⋅4442⋅4441
≡ 296 ⋅ 728 ⋅ 841 ⋅ 878 ⋅ 317 ⋅ 444 mod 907
≡ 215488 ⋅ 841 ⋅ 878 ⋅ 317 ⋅ 444 mod 907 ≡ 529 ⋅ 841 ⋅ 878 ⋅ 317 ⋅ 444 mod 907
≡ 444889 ⋅ 878 ⋅ 317 ⋅ 444 mod 907 ≡ 459 ⋅ 878 ⋅ 317 ⋅ 444 mod 907
≡ 403002 ⋅ 317 ⋅ 444 mod 907 ≡ 294 ⋅ 317 ⋅ 444 mod 907
≡ 93198 ⋅ 444 mod 907 ≡ 684 ⋅ 444 mod 907
≡ 303696 mod 907 ≡ 758 mod 907
Es gilt also: 444123 ≡ 758 mod 907
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 59
| =>83 | = 1⋅59 + 24 |
| =>59 | = 2⋅24 + 11 |
| =>24 | = 2⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,59)=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= 11-5⋅2 | |||
| 2= 24-2⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(24 -2⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅24 +10⋅ 11) = -5⋅24 +11⋅ 11 (=1) |
| 11= 59-2⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅24 +11⋅(59 -2⋅ 24)
= -5⋅24 +11⋅59 -22⋅ 24) = 11⋅59 -27⋅ 24 (=1) |
| 24= 83-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 11⋅59 -27⋅(83 -1⋅ 59)
= 11⋅59 -27⋅83 +27⋅ 59) = -27⋅83 +38⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,59)=1 = -27⋅83 +38⋅59
oder wenn man -27⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +27⋅83 = +38⋅59
Es gilt also: 38⋅59 = 27⋅83 +1
Somit 38⋅59 = 1 mod 83
38 ist also das Inverse von 59 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
