Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (12003 - 55) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(12003 - 55) mod 6 ≡ (12003 mod 6 - 55 mod 6) mod 6.
12003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12003
= 12000
55 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55
= 60
Somit gilt:
(12003 - 55) mod 6 ≡ (3 - 1) mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (81 ⋅ 46) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(81 ⋅ 46) mod 3 ≡ (81 mod 3 ⋅ 46 mod 3) mod 3.
81 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 81 + 0 = 27 ⋅ 3 + 0 ist.
46 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 15 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(81 ⋅ 46) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 17964 mod 293.
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. 179 -> x
2. mod(x²,293) -> 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: 1791=179
2: 1792=1791+1=1791⋅1791 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 104 mod 293
4: 1794=1792+2=1792⋅1792 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 268 mod 293
8: 1798=1794+4=1794⋅1794 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 39 mod 293
16: 17916=1798+8=1798⋅1798 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 56 mod 293
32: 17932=17916+16=17916⋅17916 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 206 mod 293
64: 17964=17932+32=17932⋅17932 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 244 mod 293
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 315117 mod 617.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 117 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 117 an und zerlegen 117 in eine Summer von 2er-Potenzen:
117 = 64+32+16+4+1
1: 3151=315
2: 3152=3151+1=3151⋅3151 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 505 mod 617
4: 3154=3152+2=3152⋅3152 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 204 mod 617
8: 3158=3154+4=3154⋅3154 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 277 mod 617
16: 31516=3158+8=3158⋅3158 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 221 mod 617
32: 31532=31516+16=31516⋅31516 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 98 mod 617
64: 31564=31532+32=31532⋅31532 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 349 mod 617
315117
= 31564+32+16+4+1
= 31564⋅31532⋅31516⋅3154⋅3151
≡ 349 ⋅ 98 ⋅ 221 ⋅ 204 ⋅ 315 mod 617
≡ 34202 ⋅ 221 ⋅ 204 ⋅ 315 mod 617 ≡ 267 ⋅ 221 ⋅ 204 ⋅ 315 mod 617
≡ 59007 ⋅ 204 ⋅ 315 mod 617 ≡ 392 ⋅ 204 ⋅ 315 mod 617
≡ 79968 ⋅ 315 mod 617 ≡ 375 ⋅ 315 mod 617
≡ 118125 mod 617 ≡ 278 mod 617
Es gilt also: 315117 ≡ 278 mod 617
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 82.
Also bestimme x, so dass 82 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 82
| =>101 | = 1⋅82 + 19 |
| =>82 | = 4⋅19 + 6 |
| =>19 | = 3⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,82)=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= 19-3⋅6 | |||
| 6= 82-4⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅19 -3⋅(82 -4⋅ 19)
= 1⋅19 -3⋅82 +12⋅ 19) = -3⋅82 +13⋅ 19 (=1) |
| 19= 101-1⋅82 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅82 +13⋅(101 -1⋅ 82)
= -3⋅82 +13⋅101 -13⋅ 82) = 13⋅101 -16⋅ 82 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,82)=1 = 13⋅101 -16⋅82
oder wenn man 13⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅101 = -16⋅82
-16⋅82 = -13⋅101 + 1 |+101⋅82
-16⋅82 + 101⋅82 = -13⋅101 + 101⋅82 + 1
(-16 + 101) ⋅ 82 = (-13 + 82) ⋅ 101 + 1
85⋅82 = 69⋅101 + 1
Es gilt also: 85⋅82 = 69⋅101 +1
Somit 85⋅82 = 1 mod 101
85 ist also das Inverse von 82 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
