Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (160 - 2000) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(160 - 2000) mod 4 ≡ (160 mod 4 - 2000 mod 4) mod 4.
160 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 160
= 160
2000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2000
= 2000
Somit gilt:
(160 - 2000) mod 4 ≡ (0 - 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (16 ⋅ 60) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(16 ⋅ 60) mod 10 ≡ (16 mod 10 ⋅ 60 mod 10) mod 10.
16 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 10 + 6 = 1 ⋅ 10 + 6 ist.
60 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60 + 0 = 6 ⋅ 10 + 0 ist.
Somit gilt:
(16 ⋅ 60) mod 10 ≡ (6 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 355128 mod 769.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 355 -> x
2. mod(x²,769) -> 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: 3551=355
2: 3552=3551+1=3551⋅3551 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 678 mod 769
4: 3554=3552+2=3552⋅3552 ≡ 678⋅678=459684 ≡ 591 mod 769
8: 3558=3554+4=3554⋅3554 ≡ 591⋅591=349281 ≡ 155 mod 769
16: 35516=3558+8=3558⋅3558 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 186 mod 769
32: 35532=35516+16=35516⋅35516 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 760 mod 769
64: 35564=35532+32=35532⋅35532 ≡ 760⋅760=577600 ≡ 81 mod 769
128: 355128=35564+64=35564⋅35564 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 409 mod 769
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 905167 mod 929.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 167 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 167 an und zerlegen 167 in eine Summer von 2er-Potenzen:
167 = 128+32+4+2+1
1: 9051=905
2: 9052=9051+1=9051⋅9051 ≡ 905⋅905=819025 ≡ 576 mod 929
4: 9054=9052+2=9052⋅9052 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 123 mod 929
8: 9058=9054+4=9054⋅9054 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 265 mod 929
16: 90516=9058+8=9058⋅9058 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 550 mod 929
32: 90532=90516+16=90516⋅90516 ≡ 550⋅550=302500 ≡ 575 mod 929
64: 90564=90532+32=90532⋅90532 ≡ 575⋅575=330625 ≡ 830 mod 929
128: 905128=90564+64=90564⋅90564 ≡ 830⋅830=688900 ≡ 511 mod 929
905167
= 905128+32+4+2+1
= 905128⋅90532⋅9054⋅9052⋅9051
≡ 511 ⋅ 575 ⋅ 123 ⋅ 576 ⋅ 905 mod 929
≡ 293825 ⋅ 123 ⋅ 576 ⋅ 905 mod 929 ≡ 261 ⋅ 123 ⋅ 576 ⋅ 905 mod 929
≡ 32103 ⋅ 576 ⋅ 905 mod 929 ≡ 517 ⋅ 576 ⋅ 905 mod 929
≡ 297792 ⋅ 905 mod 929 ≡ 512 ⋅ 905 mod 929
≡ 463360 mod 929 ≡ 718 mod 929
Es gilt also: 905167 ≡ 718 mod 929
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 59.
Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 59
| =>67 | = 1⋅59 + 8 |
| =>59 | = 7⋅8 + 3 |
| =>8 | = 2⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,59)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 8-2⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3) = -1⋅8 +3⋅ 3 (=1) |
| 3= 59-7⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅8 +3⋅(59 -7⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅59 -21⋅ 8) = 3⋅59 -22⋅ 8 (=1) |
| 8= 67-1⋅59 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅59 -22⋅(67 -1⋅ 59)
= 3⋅59 -22⋅67 +22⋅ 59) = -22⋅67 +25⋅ 59 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,59)=1 = -22⋅67 +25⋅59
oder wenn man -22⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +22⋅67 = +25⋅59
Es gilt also: 25⋅59 = 22⋅67 +1
Somit 25⋅59 = 1 mod 67
25 ist also das Inverse von 59 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
