Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (442 + 26992) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(442 + 26992) mod 9 ≡ (442 mod 9 + 26992 mod 9) mod 9.
442 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 442
= 450
26992 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26992
= 27000
Somit gilt:
(442 + 26992) mod 9 ≡ (1 + 1) mod 9 ≡ 2 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (100 ⋅ 22) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(100 ⋅ 22) mod 5 ≡ (100 mod 5 ⋅ 22 mod 5) mod 5.
100 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 100 + 0 = 20 ⋅ 5 + 0 ist.
22 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 20 + 2 = 4 ⋅ 5 + 2 ist.
Somit gilt:
(100 ⋅ 22) mod 5 ≡ (0 ⋅ 2) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 757128 mod 829.
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. 757 -> x
2. mod(x²,829) -> 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: 7571=757
2: 7572=7571+1=7571⋅7571 ≡ 757⋅757=573049 ≡ 210 mod 829
4: 7574=7572+2=7572⋅7572 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 163 mod 829
8: 7578=7574+4=7574⋅7574 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 41 mod 829
16: 75716=7578+8=7578⋅7578 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 23 mod 829
32: 75732=75716+16=75716⋅75716 ≡ 23⋅23=529 ≡ 529 mod 829
64: 75764=75732+32=75732⋅75732 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 468 mod 829
128: 757128=75764+64=75764⋅75764 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 168 mod 829
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 710215 mod 941.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 215 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 215 an und zerlegen 215 in eine Summer von 2er-Potenzen:
215 = 128+64+16+4+2+1
1: 7101=710
2: 7102=7101+1=7101⋅7101 ≡ 710⋅710=504100 ≡ 665 mod 941
4: 7104=7102+2=7102⋅7102 ≡ 665⋅665=442225 ≡ 896 mod 941
8: 7108=7104+4=7104⋅7104 ≡ 896⋅896=802816 ≡ 143 mod 941
16: 71016=7108+8=7108⋅7108 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 688 mod 941
32: 71032=71016+16=71016⋅71016 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 21 mod 941
64: 71064=71032+32=71032⋅71032 ≡ 21⋅21=441 ≡ 441 mod 941
128: 710128=71064+64=71064⋅71064 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 635 mod 941
710215
= 710128+64+16+4+2+1
= 710128⋅71064⋅71016⋅7104⋅7102⋅7101
≡ 635 ⋅ 441 ⋅ 688 ⋅ 896 ⋅ 665 ⋅ 710 mod 941
≡ 280035 ⋅ 688 ⋅ 896 ⋅ 665 ⋅ 710 mod 941 ≡ 558 ⋅ 688 ⋅ 896 ⋅ 665 ⋅ 710 mod 941
≡ 383904 ⋅ 896 ⋅ 665 ⋅ 710 mod 941 ≡ 917 ⋅ 896 ⋅ 665 ⋅ 710 mod 941
≡ 821632 ⋅ 665 ⋅ 710 mod 941 ≡ 139 ⋅ 665 ⋅ 710 mod 941
≡ 92435 ⋅ 710 mod 941 ≡ 217 ⋅ 710 mod 941
≡ 154070 mod 941 ≡ 687 mod 941
Es gilt also: 710215 ≡ 687 mod 941
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 45
| =>79 | = 1⋅45 + 34 |
| =>45 | = 1⋅34 + 11 |
| =>34 | = 3⋅11 + 1 |
| =>11 | = 11⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,45)=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= 34-3⋅11 | |||
| 11= 45-1⋅34 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅34 -3⋅(45 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -3⋅45 +3⋅ 34) = -3⋅45 +4⋅ 34 (=1) |
| 34= 79-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅45 +4⋅(79 -1⋅ 45)
= -3⋅45 +4⋅79 -4⋅ 45) = 4⋅79 -7⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,45)=1 = 4⋅79 -7⋅45
oder wenn man 4⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -4⋅79 = -7⋅45
-7⋅45 = -4⋅79 + 1 |+79⋅45
-7⋅45 + 79⋅45 = -4⋅79 + 79⋅45 + 1
(-7 + 79) ⋅ 45 = (-4 + 45) ⋅ 79 + 1
72⋅45 = 41⋅79 + 1
Es gilt also: 72⋅45 = 41⋅79 +1
Somit 72⋅45 = 1 mod 79
72 ist also das Inverse von 45 mod 79
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.
