Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2498 + 204) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2498 + 204) mod 5 ≡ (2498 mod 5 + 204 mod 5) mod 5.
2498 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2498
= 2400
204 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 204
= 200
Somit gilt:
(2498 + 204) mod 5 ≡ (3 + 4) mod 5 ≡ 7 mod 5 ≡ 2 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 64) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(70 ⋅ 64) mod 6 ≡ (70 mod 6 ⋅ 64 mod 6) mod 6.
70 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 66 + 4 = 11 ⋅ 6 + 4 ist.
64 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 60 + 4 = 10 ⋅ 6 + 4 ist.
Somit gilt:
(70 ⋅ 64) mod 6 ≡ (4 ⋅ 4) mod 6 ≡ 16 mod 6 ≡ 4 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 52116 mod 647.
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. 521 -> x
2. mod(x²,647) -> 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: 5211=521
2: 5212=5211+1=5211⋅5211 ≡ 521⋅521=271441 ≡ 348 mod 647
4: 5214=5212+2=5212⋅5212 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 115 mod 647
8: 5218=5214+4=5214⋅5214 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 285 mod 647
16: 52116=5218+8=5218⋅5218 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 350 mod 647
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 785239 mod 983.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 239 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 239 an und zerlegen 239 in eine Summer von 2er-Potenzen:
239 = 128+64+32+8+4+2+1
1: 7851=785
2: 7852=7851+1=7851⋅7851 ≡ 785⋅785=616225 ≡ 867 mod 983
4: 7854=7852+2=7852⋅7852 ≡ 867⋅867=751689 ≡ 677 mod 983
8: 7858=7854+4=7854⋅7854 ≡ 677⋅677=458329 ≡ 251 mod 983
16: 78516=7858+8=7858⋅7858 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 89 mod 983
32: 78532=78516+16=78516⋅78516 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 57 mod 983
64: 78564=78532+32=78532⋅78532 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 300 mod 983
128: 785128=78564+64=78564⋅78564 ≡ 300⋅300=90000 ≡ 547 mod 983
785239
= 785128+64+32+8+4+2+1
= 785128⋅78564⋅78532⋅7858⋅7854⋅7852⋅7851
≡ 547 ⋅ 300 ⋅ 57 ⋅ 251 ⋅ 677 ⋅ 867 ⋅ 785 mod 983
≡ 164100 ⋅ 57 ⋅ 251 ⋅ 677 ⋅ 867 ⋅ 785 mod 983 ≡ 922 ⋅ 57 ⋅ 251 ⋅ 677 ⋅ 867 ⋅ 785 mod 983
≡ 52554 ⋅ 251 ⋅ 677 ⋅ 867 ⋅ 785 mod 983 ≡ 455 ⋅ 251 ⋅ 677 ⋅ 867 ⋅ 785 mod 983
≡ 114205 ⋅ 677 ⋅ 867 ⋅ 785 mod 983 ≡ 177 ⋅ 677 ⋅ 867 ⋅ 785 mod 983
≡ 119829 ⋅ 867 ⋅ 785 mod 983 ≡ 886 ⋅ 867 ⋅ 785 mod 983
≡ 768162 ⋅ 785 mod 983 ≡ 439 ⋅ 785 mod 983
≡ 344615 mod 983 ≡ 565 mod 983
Es gilt also: 785239 ≡ 565 mod 983
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 56.
Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 56
| =>101 | = 1⋅56 + 45 |
| =>56 | = 1⋅45 + 11 |
| =>45 | = 4⋅11 + 1 |
| =>11 | = 11⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,56)=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= 45-4⋅11 | |||
| 11= 56-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅45 -4⋅(56 -1⋅ 45)
= 1⋅45 -4⋅56 +4⋅ 45) = -4⋅56 +5⋅ 45 (=1) |
| 45= 101-1⋅56 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅56 +5⋅(101 -1⋅ 56)
= -4⋅56 +5⋅101 -5⋅ 56) = 5⋅101 -9⋅ 56 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,56)=1 = 5⋅101 -9⋅56
oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅101 = -9⋅56
-9⋅56 = -5⋅101 + 1 |+101⋅56
-9⋅56 + 101⋅56 = -5⋅101 + 101⋅56 + 1
(-9 + 101) ⋅ 56 = (-5 + 56) ⋅ 101 + 1
92⋅56 = 51⋅101 + 1
Es gilt also: 92⋅56 = 51⋅101 +1
Somit 92⋅56 = 1 mod 101
92 ist also das Inverse von 56 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
