Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (6003 + 150) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(6003 + 150) mod 3 ≡ (6003 mod 3 + 150 mod 3) mod 3.
6003 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6003
= 6000
150 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 150
= 150
Somit gilt:
(6003 + 150) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (96 ⋅ 82) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(96 ⋅ 82) mod 3 ≡ (96 mod 3 ⋅ 82 mod 3) mod 3.
96 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 96 + 0 = 32 ⋅ 3 + 0 ist.
82 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 81 + 1 = 27 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(96 ⋅ 82) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 78632 mod 929.
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. 786 -> x
2. mod(x²,929) -> 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: 7861=786
2: 7862=7861+1=7861⋅7861 ≡ 786⋅786=617796 ≡ 11 mod 929
4: 7864=7862+2=7862⋅7862 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 929
8: 7868=7864+4=7864⋅7864 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 706 mod 929
16: 78616=7868+8=7868⋅7868 ≡ 706⋅706=498436 ≡ 492 mod 929
32: 78632=78616+16=78616⋅78616 ≡ 492⋅492=242064 ≡ 524 mod 929
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 376189 mod 641.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 189 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 189 an und zerlegen 189 in eine Summer von 2er-Potenzen:
189 = 128+32+16+8+4+1
1: 3761=376
2: 3762=3761+1=3761⋅3761 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 356 mod 641
4: 3764=3762+2=3762⋅3762 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 459 mod 641
8: 3768=3764+4=3764⋅3764 ≡ 459⋅459=210681 ≡ 433 mod 641
16: 37616=3768+8=3768⋅3768 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 317 mod 641
32: 37632=37616+16=37616⋅37616 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 493 mod 641
64: 37664=37632+32=37632⋅37632 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 110 mod 641
128: 376128=37664+64=37664⋅37664 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 562 mod 641
376189
= 376128+32+16+8+4+1
= 376128⋅37632⋅37616⋅3768⋅3764⋅3761
≡ 562 ⋅ 493 ⋅ 317 ⋅ 433 ⋅ 459 ⋅ 376 mod 641
≡ 277066 ⋅ 317 ⋅ 433 ⋅ 459 ⋅ 376 mod 641 ≡ 154 ⋅ 317 ⋅ 433 ⋅ 459 ⋅ 376 mod 641
≡ 48818 ⋅ 433 ⋅ 459 ⋅ 376 mod 641 ≡ 102 ⋅ 433 ⋅ 459 ⋅ 376 mod 641
≡ 44166 ⋅ 459 ⋅ 376 mod 641 ≡ 578 ⋅ 459 ⋅ 376 mod 641
≡ 265302 ⋅ 376 mod 641 ≡ 569 ⋅ 376 mod 641
≡ 213944 mod 641 ≡ 491 mod 641
Es gilt also: 376189 ≡ 491 mod 641
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 36.
Also bestimme x, so dass 36 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 36
| =>101 | = 2⋅36 + 29 |
| =>36 | = 1⋅29 + 7 |
| =>29 | = 4⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,36)=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= 29-4⋅7 | |||
| 7= 36-1⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅29 -4⋅(36 -1⋅ 29)
= 1⋅29 -4⋅36 +4⋅ 29) = -4⋅36 +5⋅ 29 (=1) |
| 29= 101-2⋅36 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅36 +5⋅(101 -2⋅ 36)
= -4⋅36 +5⋅101 -10⋅ 36) = 5⋅101 -14⋅ 36 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,36)=1 = 5⋅101 -14⋅36
oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅101 = -14⋅36
-14⋅36 = -5⋅101 + 1 |+101⋅36
-14⋅36 + 101⋅36 = -5⋅101 + 101⋅36 + 1
(-14 + 101) ⋅ 36 = (-5 + 36) ⋅ 101 + 1
87⋅36 = 31⋅101 + 1
Es gilt also: 87⋅36 = 31⋅101 +1
Somit 87⋅36 = 1 mod 101
87 ist also das Inverse von 36 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
