Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (133 - 14000) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(133 - 14000) mod 7 ≡ (133 mod 7 - 14000 mod 7) mod 7.
133 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 133
= 140
14000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14000
= 14000
Somit gilt:
(133 - 14000) mod 7 ≡ (0 - 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 99) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(93 ⋅ 99) mod 10 ≡ (93 mod 10 ⋅ 99 mod 10) mod 10.
93 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 9 ⋅ 10 + 3 ist.
99 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 90 + 9 = 9 ⋅ 10 + 9 ist.
Somit gilt:
(93 ⋅ 99) mod 10 ≡ (3 ⋅ 9) mod 10 ≡ 27 mod 10 ≡ 7 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 7238 mod 1009.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 723 -> x
2. mod(x²,1009) -> 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: 7231=723
2: 7232=7231+1=7231⋅7231 ≡ 723⋅723=522729 ≡ 67 mod 1009
4: 7234=7232+2=7232⋅7232 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 453 mod 1009
8: 7238=7234+4=7234⋅7234 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 382 mod 1009
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 283190 mod 367.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 190 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 190 an und zerlegen 190 in eine Summer von 2er-Potenzen:
190 = 128+32+16+8+4+2
1: 2831=283
2: 2832=2831+1=2831⋅2831 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 83 mod 367
4: 2834=2832+2=2832⋅2832 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 283 mod 367
8: 2838=2834+4=2834⋅2834 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 83 mod 367
16: 28316=2838+8=2838⋅2838 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 283 mod 367
32: 28332=28316+16=28316⋅28316 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 83 mod 367
64: 28364=28332+32=28332⋅28332 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 283 mod 367
128: 283128=28364+64=28364⋅28364 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 83 mod 367
283190
= 283128+32+16+8+4+2
= 283128⋅28332⋅28316⋅2838⋅2834⋅2832
≡ 83 ⋅ 83 ⋅ 283 ⋅ 83 ⋅ 283 ⋅ 83 mod 367
≡ 6889 ⋅ 283 ⋅ 83 ⋅ 283 ⋅ 83 mod 367 ≡ 283 ⋅ 283 ⋅ 83 ⋅ 283 ⋅ 83 mod 367
≡ 80089 ⋅ 83 ⋅ 283 ⋅ 83 mod 367 ≡ 83 ⋅ 83 ⋅ 283 ⋅ 83 mod 367
≡ 6889 ⋅ 283 ⋅ 83 mod 367 ≡ 283 ⋅ 283 ⋅ 83 mod 367
≡ 80089 ⋅ 83 mod 367 ≡ 83 ⋅ 83 mod 367
≡ 6889 mod 367 ≡ 283 mod 367
Es gilt also: 283190 ≡ 283 mod 367
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 24.
Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 24
| =>59 | = 2⋅24 + 11 |
| =>24 | = 2⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,24)=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= 11-5⋅2 | |||
| 2= 24-2⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(24 -2⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅24 +10⋅ 11) = -5⋅24 +11⋅ 11 (=1) |
| 11= 59-2⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅24 +11⋅(59 -2⋅ 24)
= -5⋅24 +11⋅59 -22⋅ 24) = 11⋅59 -27⋅ 24 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,24)=1 = 11⋅59 -27⋅24
oder wenn man 11⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅59 = -27⋅24
-27⋅24 = -11⋅59 + 1 |+59⋅24
-27⋅24 + 59⋅24 = -11⋅59 + 59⋅24 + 1
(-27 + 59) ⋅ 24 = (-11 + 24) ⋅ 59 + 1
32⋅24 = 13⋅59 + 1
Es gilt also: 32⋅24 = 13⋅59 +1
Somit 32⋅24 = 1 mod 59
32 ist also das Inverse von 24 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
