Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (402 + 798) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(402 + 798) mod 8 ≡ (402 mod 8 + 798 mod 8) mod 8.
402 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 402
= 400
798 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 798
= 800
Somit gilt:
(402 + 798) mod 8 ≡ (2 + 6) mod 8 ≡ 8 mod 8 ≡ 0 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 97) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(93 ⋅ 97) mod 4 ≡ (93 mod 4 ⋅ 97 mod 4) mod 4.
93 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 92 + 1 = 23 ⋅ 4 + 1 ist.
97 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 96 + 1 = 24 ⋅ 4 + 1 ist.
Somit gilt:
(93 ⋅ 97) mod 4 ≡ (1 ⋅ 1) mod 4 ≡ 1 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 63632 mod 727.
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. 636 -> x
2. mod(x²,727) -> 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: 6361=636
2: 6362=6361+1=6361⋅6361 ≡ 636⋅636=404496 ≡ 284 mod 727
4: 6364=6362+2=6362⋅6362 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 686 mod 727
8: 6368=6364+4=6364⋅6364 ≡ 686⋅686=470596 ≡ 227 mod 727
16: 63616=6368+8=6368⋅6368 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 639 mod 727
32: 63632=63616+16=63616⋅63616 ≡ 639⋅639=408321 ≡ 474 mod 727
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 239219 mod 547.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 219 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 219 an und zerlegen 219 in eine Summer von 2er-Potenzen:
219 = 128+64+16+8+2+1
1: 2391=239
2: 2392=2391+1=2391⋅2391 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 233 mod 547
4: 2394=2392+2=2392⋅2392 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 136 mod 547
8: 2398=2394+4=2394⋅2394 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 445 mod 547
16: 23916=2398+8=2398⋅2398 ≡ 445⋅445=198025 ≡ 11 mod 547
32: 23932=23916+16=23916⋅23916 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 547
64: 23964=23932+32=23932⋅23932 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 419 mod 547
128: 239128=23964+64=23964⋅23964 ≡ 419⋅419=175561 ≡ 521 mod 547
239219
= 239128+64+16+8+2+1
= 239128⋅23964⋅23916⋅2398⋅2392⋅2391
≡ 521 ⋅ 419 ⋅ 11 ⋅ 445 ⋅ 233 ⋅ 239 mod 547
≡ 218299 ⋅ 11 ⋅ 445 ⋅ 233 ⋅ 239 mod 547 ≡ 46 ⋅ 11 ⋅ 445 ⋅ 233 ⋅ 239 mod 547
≡ 506 ⋅ 445 ⋅ 233 ⋅ 239 mod 547
≡ 225170 ⋅ 233 ⋅ 239 mod 547 ≡ 353 ⋅ 233 ⋅ 239 mod 547
≡ 82249 ⋅ 239 mod 547 ≡ 199 ⋅ 239 mod 547
≡ 47561 mod 547 ≡ 519 mod 547
Es gilt also: 239219 ≡ 519 mod 547
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 46.
Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 46
| =>71 | = 1⋅46 + 25 |
| =>46 | = 1⋅25 + 21 |
| =>25 | = 1⋅21 + 4 |
| =>21 | = 5⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,46)=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= 21-5⋅4 | |||
| 4= 25-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -5⋅(25 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -5⋅25 +5⋅ 21) = -5⋅25 +6⋅ 21 (=1) |
| 21= 46-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅25 +6⋅(46 -1⋅ 25)
= -5⋅25 +6⋅46 -6⋅ 25) = 6⋅46 -11⋅ 25 (=1) |
| 25= 71-1⋅46 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 6⋅46 -11⋅(71 -1⋅ 46)
= 6⋅46 -11⋅71 +11⋅ 46) = -11⋅71 +17⋅ 46 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,46)=1 = -11⋅71 +17⋅46
oder wenn man -11⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅71 = +17⋅46
Es gilt also: 17⋅46 = 11⋅71 +1
Somit 17⋅46 = 1 mod 71
17 ist also das Inverse von 46 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
