Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2001 - 1003) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2001 - 1003) mod 5 ≡ (2001 mod 5 - 1003 mod 5) mod 5.
2001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2001
= 2000
1003 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1003
= 1000
Somit gilt:
(2001 - 1003) mod 5 ≡ (1 - 3) mod 5 ≡ -2 mod 5 ≡ 3 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 49) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(70 ⋅ 49) mod 7 ≡ (70 mod 7 ⋅ 49 mod 7) mod 7.
70 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 10 ⋅ 7 + 0 ist.
49 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 49 + 0 = 7 ⋅ 7 + 0 ist.
Somit gilt:
(70 ⋅ 49) mod 7 ≡ (0 ⋅ 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 676128 mod 911.
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. 676 -> x
2. mod(x²,911) -> 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: 6761=676
2: 6762=6761+1=6761⋅6761 ≡ 676⋅676=456976 ≡ 565 mod 911
4: 6764=6762+2=6762⋅6762 ≡ 565⋅565=319225 ≡ 375 mod 911
8: 6768=6764+4=6764⋅6764 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 331 mod 911
16: 67616=6768+8=6768⋅6768 ≡ 331⋅331=109561 ≡ 241 mod 911
32: 67632=67616+16=67616⋅67616 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 688 mod 911
64: 67664=67632+32=67632⋅67632 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 535 mod 911
128: 676128=67664+64=67664⋅67664 ≡ 535⋅535=286225 ≡ 171 mod 911
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 134106 mod 353.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 106 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 106 an und zerlegen 106 in eine Summer von 2er-Potenzen:
106 = 64+32+8+2
1: 1341=134
2: 1342=1341+1=1341⋅1341 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 306 mod 353
4: 1344=1342+2=1342⋅1342 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 91 mod 353
8: 1348=1344+4=1344⋅1344 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 162 mod 353
16: 13416=1348+8=1348⋅1348 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 122 mod 353
32: 13432=13416+16=13416⋅13416 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 58 mod 353
64: 13464=13432+32=13432⋅13432 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 187 mod 353
134106
= 13464+32+8+2
= 13464⋅13432⋅1348⋅1342
≡ 187 ⋅ 58 ⋅ 162 ⋅ 306 mod 353
≡ 10846 ⋅ 162 ⋅ 306 mod 353 ≡ 256 ⋅ 162 ⋅ 306 mod 353
≡ 41472 ⋅ 306 mod 353 ≡ 171 ⋅ 306 mod 353
≡ 52326 mod 353 ≡ 82 mod 353
Es gilt also: 134106 ≡ 82 mod 353
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 38.
Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 38
| =>67 | = 1⋅38 + 29 |
| =>38 | = 1⋅29 + 9 |
| =>29 | = 3⋅9 + 2 |
| =>9 | = 4⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,38)=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= 9-4⋅2 | |||
| 2= 29-3⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -4⋅(29 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅29 +12⋅ 9) = -4⋅29 +13⋅ 9 (=1) |
| 9= 38-1⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅29 +13⋅(38 -1⋅ 29)
= -4⋅29 +13⋅38 -13⋅ 29) = 13⋅38 -17⋅ 29 (=1) |
| 29= 67-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅38 -17⋅(67 -1⋅ 38)
= 13⋅38 -17⋅67 +17⋅ 38) = -17⋅67 +30⋅ 38 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,38)=1 = -17⋅67 +30⋅38
oder wenn man -17⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +17⋅67 = +30⋅38
Es gilt also: 30⋅38 = 17⋅67 +1
Somit 30⋅38 = 1 mod 67
30 ist also das Inverse von 38 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
