Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (181 - 174) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(181 - 174) mod 6 ≡ (181 mod 6 - 174 mod 6) mod 6.
181 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 181
= 180
174 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 174
= 180
Somit gilt:
(181 - 174) mod 6 ≡ (1 - 0) mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 20) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(84 ⋅ 20) mod 7 ≡ (84 mod 7 ⋅ 20 mod 7) mod 7.
84 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 84 + 0 = 12 ⋅ 7 + 0 ist.
20 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 14 + 6 = 2 ⋅ 7 + 6 ist.
Somit gilt:
(84 ⋅ 20) mod 7 ≡ (0 ⋅ 6) mod 7 ≡ 0 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 13264 mod 281.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 132 -> x
2. mod(x²,281) -> 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: 1321=132
2: 1322=1321+1=1321⋅1321 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 2 mod 281
4: 1324=1322+2=1322⋅1322 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 281
8: 1328=1324+4=1324⋅1324 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 281
16: 13216=1328+8=1328⋅1328 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 281
32: 13232=13216+16=13216⋅13216 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 63 mod 281
64: 13264=13232+32=13232⋅13232 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 35 mod 281
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 308123 mod 971.
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: 3081=308
2: 3082=3081+1=3081⋅3081 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 677 mod 971
4: 3084=3082+2=3082⋅3082 ≡ 677⋅677=458329 ≡ 17 mod 971
8: 3088=3084+4=3084⋅3084 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 971
16: 30816=3088+8=3088⋅3088 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 15 mod 971
32: 30832=30816+16=30816⋅30816 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 971
64: 30864=30832+32=30832⋅30832 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 133 mod 971
308123
= 30864+32+16+8+2+1
= 30864⋅30832⋅30816⋅3088⋅3082⋅3081
≡ 133 ⋅ 225 ⋅ 15 ⋅ 289 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971
≡ 29925 ⋅ 15 ⋅ 289 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971 ≡ 795 ⋅ 15 ⋅ 289 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971
≡ 11925 ⋅ 289 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971 ≡ 273 ⋅ 289 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971
≡ 78897 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971 ≡ 246 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971
≡ 166542 ⋅ 308 mod 971 ≡ 501 ⋅ 308 mod 971
≡ 154308 mod 971 ≡ 890 mod 971
Es gilt also: 308123 ≡ 890 mod 971
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 60.
Also bestimme x, so dass 60 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 60
| =>101 | = 1⋅60 + 41 |
| =>60 | = 1⋅41 + 19 |
| =>41 | = 2⋅19 + 3 |
| =>19 | = 6⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,60)=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= 19-6⋅3 | |||
| 3= 41-2⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅19 -6⋅(41 -2⋅ 19)
= 1⋅19 -6⋅41 +12⋅ 19) = -6⋅41 +13⋅ 19 (=1) |
| 19= 60-1⋅41 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅41 +13⋅(60 -1⋅ 41)
= -6⋅41 +13⋅60 -13⋅ 41) = 13⋅60 -19⋅ 41 (=1) |
| 41= 101-1⋅60 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅60 -19⋅(101 -1⋅ 60)
= 13⋅60 -19⋅101 +19⋅ 60) = -19⋅101 +32⋅ 60 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,60)=1 = -19⋅101 +32⋅60
oder wenn man -19⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +19⋅101 = +32⋅60
Es gilt also: 32⋅60 = 19⋅101 +1
Somit 32⋅60 = 1 mod 101
32 ist also das Inverse von 60 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
