Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3000 - 1201) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3000 - 1201) mod 3 ≡ (3000 mod 3 - 1201 mod 3) mod 3.
3000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000
= 3000
1201 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1201
= 1200
Somit gilt:
(3000 - 1201) mod 3 ≡ (0 - 1) mod 3 ≡ -1 mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 69) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(21 ⋅ 69) mod 11 ≡ (21 mod 11 ⋅ 69 mod 11) mod 11.
21 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 11 + 10 = 1 ⋅ 11 + 10 ist.
69 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 66 + 3 = 6 ⋅ 11 + 3 ist.
Somit gilt:
(21 ⋅ 69) mod 11 ≡ (10 ⋅ 3) mod 11 ≡ 30 mod 11 ≡ 8 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 780128 mod 907.
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. 780 -> x
2. mod(x²,907) -> 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: 7801=780
2: 7802=7801+1=7801⋅7801 ≡ 780⋅780=608400 ≡ 710 mod 907
4: 7804=7802+2=7802⋅7802 ≡ 710⋅710=504100 ≡ 715 mod 907
8: 7808=7804+4=7804⋅7804 ≡ 715⋅715=511225 ≡ 584 mod 907
16: 78016=7808+8=7808⋅7808 ≡ 584⋅584=341056 ≡ 24 mod 907
32: 78032=78016+16=78016⋅78016 ≡ 24⋅24=576 ≡ 576 mod 907
64: 78064=78032+32=78032⋅78032 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 721 mod 907
128: 780128=78064+64=78064⋅78064 ≡ 721⋅721=519841 ≡ 130 mod 907
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 302207 mod 929.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 207 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 207 an und zerlegen 207 in eine Summer von 2er-Potenzen:
207 = 128+64+8+4+2+1
1: 3021=302
2: 3022=3021+1=3021⋅3021 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 162 mod 929
4: 3024=3022+2=3022⋅3022 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 232 mod 929
8: 3028=3024+4=3024⋅3024 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 871 mod 929
16: 30216=3028+8=3028⋅3028 ≡ 871⋅871=758641 ≡ 577 mod 929
32: 30232=30216+16=30216⋅30216 ≡ 577⋅577=332929 ≡ 347 mod 929
64: 30264=30232+32=30232⋅30232 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 568 mod 929
128: 302128=30264+64=30264⋅30264 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 261 mod 929
302207
= 302128+64+8+4+2+1
= 302128⋅30264⋅3028⋅3024⋅3022⋅3021
≡ 261 ⋅ 568 ⋅ 871 ⋅ 232 ⋅ 162 ⋅ 302 mod 929
≡ 148248 ⋅ 871 ⋅ 232 ⋅ 162 ⋅ 302 mod 929 ≡ 537 ⋅ 871 ⋅ 232 ⋅ 162 ⋅ 302 mod 929
≡ 467727 ⋅ 232 ⋅ 162 ⋅ 302 mod 929 ≡ 440 ⋅ 232 ⋅ 162 ⋅ 302 mod 929
≡ 102080 ⋅ 162 ⋅ 302 mod 929 ≡ 819 ⋅ 162 ⋅ 302 mod 929
≡ 132678 ⋅ 302 mod 929 ≡ 760 ⋅ 302 mod 929
≡ 229520 mod 929 ≡ 57 mod 929
Es gilt also: 302207 ≡ 57 mod 929
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 67.
Also bestimme x, so dass 67 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 67
| =>101 | = 1⋅67 + 34 |
| =>67 | = 1⋅34 + 33 |
| =>34 | = 1⋅33 + 1 |
| =>33 | = 33⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,67)=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= 34-1⋅33 | |||
| 33= 67-1⋅34 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅34 -1⋅(67 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -1⋅67 +1⋅ 34) = -1⋅67 +2⋅ 34 (=1) |
| 34= 101-1⋅67 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅67 +2⋅(101 -1⋅ 67)
= -1⋅67 +2⋅101 -2⋅ 67) = 2⋅101 -3⋅ 67 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,67)=1 = 2⋅101 -3⋅67
oder wenn man 2⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅101 = -3⋅67
-3⋅67 = -2⋅101 + 1 |+101⋅67
-3⋅67 + 101⋅67 = -2⋅101 + 101⋅67 + 1
(-3 + 101) ⋅ 67 = (-2 + 67) ⋅ 101 + 1
98⋅67 = 65⋅101 + 1
Es gilt also: 98⋅67 = 65⋅101 +1
Somit 98⋅67 = 1 mod 101
98 ist also das Inverse von 67 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
