Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (246 + 1997) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(246 + 1997) mod 5 ≡ (246 mod 5 + 1997 mod 5) mod 5.
246 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 246
= 240
1997 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1997
= 1900
Somit gilt:
(246 + 1997) mod 5 ≡ (1 + 2) mod 5 ≡ 3 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 83) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(34 ⋅ 83) mod 11 ≡ (34 mod 11 ⋅ 83 mod 11) mod 11.
34 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 33 + 1 = 3 ⋅ 11 + 1 ist.
83 mod 11 ≡ 6 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 77 + 6 = 7 ⋅ 11 + 6 ist.
Somit gilt:
(34 ⋅ 83) mod 11 ≡ (1 ⋅ 6) mod 11 ≡ 6 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 2118 mod 239.
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. 211 -> x
2. mod(x²,239) -> 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: 2111=211
2: 2112=2111+1=2111⋅2111 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 67 mod 239
4: 2114=2112+2=2112⋅2112 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 187 mod 239
8: 2118=2114+4=2114⋅2114 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 75 mod 239
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 217239 mod 311.
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: 2171=217
2: 2172=2171+1=2171⋅2171 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 128 mod 311
4: 2174=2172+2=2172⋅2172 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 212 mod 311
8: 2178=2174+4=2174⋅2174 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 160 mod 311
16: 21716=2178+8=2178⋅2178 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 98 mod 311
32: 21732=21716+16=21716⋅21716 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 274 mod 311
64: 21764=21732+32=21732⋅21732 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 125 mod 311
128: 217128=21764+64=21764⋅21764 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 75 mod 311
217239
= 217128+64+32+8+4+2+1
= 217128⋅21764⋅21732⋅2178⋅2174⋅2172⋅2171
≡ 75 ⋅ 125 ⋅ 274 ⋅ 160 ⋅ 212 ⋅ 128 ⋅ 217 mod 311
≡ 9375 ⋅ 274 ⋅ 160 ⋅ 212 ⋅ 128 ⋅ 217 mod 311 ≡ 45 ⋅ 274 ⋅ 160 ⋅ 212 ⋅ 128 ⋅ 217 mod 311
≡ 12330 ⋅ 160 ⋅ 212 ⋅ 128 ⋅ 217 mod 311 ≡ 201 ⋅ 160 ⋅ 212 ⋅ 128 ⋅ 217 mod 311
≡ 32160 ⋅ 212 ⋅ 128 ⋅ 217 mod 311 ≡ 127 ⋅ 212 ⋅ 128 ⋅ 217 mod 311
≡ 26924 ⋅ 128 ⋅ 217 mod 311 ≡ 178 ⋅ 128 ⋅ 217 mod 311
≡ 22784 ⋅ 217 mod 311 ≡ 81 ⋅ 217 mod 311
≡ 17577 mod 311 ≡ 161 mod 311
Es gilt also: 217239 ≡ 161 mod 311
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 37.
Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 37
| =>67 | = 1⋅37 + 30 |
| =>37 | = 1⋅30 + 7 |
| =>30 | = 4⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,37)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 30-4⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(30 -4⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅30 +12⋅ 7) = -3⋅30 +13⋅ 7 (=1) |
| 7= 37-1⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅30 +13⋅(37 -1⋅ 30)
= -3⋅30 +13⋅37 -13⋅ 30) = 13⋅37 -16⋅ 30 (=1) |
| 30= 67-1⋅37 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅37 -16⋅(67 -1⋅ 37)
= 13⋅37 -16⋅67 +16⋅ 37) = -16⋅67 +29⋅ 37 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,37)=1 = -16⋅67 +29⋅37
oder wenn man -16⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +16⋅67 = +29⋅37
Es gilt also: 29⋅37 = 16⋅67 +1
Somit 29⋅37 = 1 mod 67
29 ist also das Inverse von 37 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
