Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (62 - 9001) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(62 - 9001) mod 3 ≡ (62 mod 3 - 9001 mod 3) mod 3.
62 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62
= 60
9001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9001
= 9000
Somit gilt:
(62 - 9001) mod 3 ≡ (2 - 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (69 ⋅ 18) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(69 ⋅ 18) mod 6 ≡ (69 mod 6 ⋅ 18 mod 6) mod 6.
69 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 66 + 3 = 11 ⋅ 6 + 3 ist.
18 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 18 + 0 = 3 ⋅ 6 + 0 ist.
Somit gilt:
(69 ⋅ 18) mod 6 ≡ (3 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 97616 mod 991.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 976 -> x
2. mod(x²,991) -> 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: 9761=976
2: 9762=9761+1=9761⋅9761 ≡ 976⋅976=952576 ≡ 225 mod 991
4: 9764=9762+2=9762⋅9762 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 84 mod 991
8: 9768=9764+4=9764⋅9764 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 119 mod 991
16: 97616=9768+8=9768⋅9768 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 287 mod 991
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 116245 mod 283.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:
245 = 128+64+32+16+4+1
1: 1161=116
2: 1162=1161+1=1161⋅1161 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 155 mod 283
4: 1164=1162+2=1162⋅1162 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 253 mod 283
8: 1168=1164+4=1164⋅1164 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 51 mod 283
16: 11616=1168+8=1168⋅1168 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 54 mod 283
32: 11632=11616+16=11616⋅11616 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 86 mod 283
64: 11664=11632+32=11632⋅11632 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 38 mod 283
128: 116128=11664+64=11664⋅11664 ≡ 38⋅38=1444 ≡ 29 mod 283
116245
= 116128+64+32+16+4+1
= 116128⋅11664⋅11632⋅11616⋅1164⋅1161
≡ 29 ⋅ 38 ⋅ 86 ⋅ 54 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283
≡ 1102 ⋅ 86 ⋅ 54 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283 ≡ 253 ⋅ 86 ⋅ 54 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283
≡ 21758 ⋅ 54 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283 ≡ 250 ⋅ 54 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283
≡ 13500 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283 ≡ 199 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283
≡ 50347 ⋅ 116 mod 283 ≡ 256 ⋅ 116 mod 283
≡ 29696 mod 283 ≡ 264 mod 283
Es gilt also: 116245 ≡ 264 mod 283
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 45
| =>97 | = 2⋅45 + 7 |
| =>45 | = 6⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,45)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 45-6⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(45 -6⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅45 +12⋅ 7) = -2⋅45 +13⋅ 7 (=1) |
| 7= 97-2⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅45 +13⋅(97 -2⋅ 45)
= -2⋅45 +13⋅97 -26⋅ 45) = 13⋅97 -28⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,45)=1 = 13⋅97 -28⋅45
oder wenn man 13⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅97 = -28⋅45
-28⋅45 = -13⋅97 + 1 |+97⋅45
-28⋅45 + 97⋅45 = -13⋅97 + 97⋅45 + 1
(-28 + 97) ⋅ 45 = (-13 + 45) ⋅ 97 + 1
69⋅45 = 32⋅97 + 1
Es gilt also: 69⋅45 = 32⋅97 +1
Somit 69⋅45 = 1 mod 97
69 ist also das Inverse von 45 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
