Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2998 + 602) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2998 + 602) mod 3 ≡ (2998 mod 3 + 602 mod 3) mod 3.
2998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2998
= 3000
602 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 602
= 600
Somit gilt:
(2998 + 602) mod 3 ≡ (1 + 2) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 58) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(67 ⋅ 58) mod 10 ≡ (67 mod 10 ⋅ 58 mod 10) mod 10.
67 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 60 + 7 = 6 ⋅ 10 + 7 ist.
58 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 50 + 8 = 5 ⋅ 10 + 8 ist.
Somit gilt:
(67 ⋅ 58) mod 10 ≡ (7 ⋅ 8) mod 10 ≡ 56 mod 10 ≡ 6 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 34332 mod 661.
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. 343 -> x
2. mod(x²,661) -> 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: 3431=343
2: 3432=3431+1=3431⋅3431 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 652 mod 661
4: 3434=3432+2=3432⋅3432 ≡ 652⋅652=425104 ≡ 81 mod 661
8: 3438=3434+4=3434⋅3434 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 612 mod 661
16: 34316=3438+8=3438⋅3438 ≡ 612⋅612=374544 ≡ 418 mod 661
32: 34332=34316+16=34316⋅34316 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 220 mod 661
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 936115 mod 953.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 115 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 115 an und zerlegen 115 in eine Summer von 2er-Potenzen:
115 = 64+32+16+2+1
1: 9361=936
2: 9362=9361+1=9361⋅9361 ≡ 936⋅936=876096 ≡ 289 mod 953
4: 9364=9362+2=9362⋅9362 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 610 mod 953
8: 9368=9364+4=9364⋅9364 ≡ 610⋅610=372100 ≡ 430 mod 953
16: 93616=9368+8=9368⋅9368 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 18 mod 953
32: 93632=93616+16=93616⋅93616 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 953
64: 93664=93632+32=93632⋅93632 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 146 mod 953
936115
= 93664+32+16+2+1
= 93664⋅93632⋅93616⋅9362⋅9361
≡ 146 ⋅ 324 ⋅ 18 ⋅ 289 ⋅ 936 mod 953
≡ 47304 ⋅ 18 ⋅ 289 ⋅ 936 mod 953 ≡ 607 ⋅ 18 ⋅ 289 ⋅ 936 mod 953
≡ 10926 ⋅ 289 ⋅ 936 mod 953 ≡ 443 ⋅ 289 ⋅ 936 mod 953
≡ 128027 ⋅ 936 mod 953 ≡ 325 ⋅ 936 mod 953
≡ 304200 mod 953 ≡ 193 mod 953
Es gilt also: 936115 ≡ 193 mod 953
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 45
| =>61 | = 1⋅45 + 16 |
| =>45 | = 2⋅16 + 13 |
| =>16 | = 1⋅13 + 3 |
| =>13 | = 4⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,45)=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= 13-4⋅3 | |||
| 3= 16-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -4⋅(16 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅16 +4⋅ 13) = -4⋅16 +5⋅ 13 (=1) |
| 13= 45-2⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅16 +5⋅(45 -2⋅ 16)
= -4⋅16 +5⋅45 -10⋅ 16) = 5⋅45 -14⋅ 16 (=1) |
| 16= 61-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅45 -14⋅(61 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -14⋅61 +14⋅ 45) = -14⋅61 +19⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,45)=1 = -14⋅61 +19⋅45
oder wenn man -14⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +14⋅61 = +19⋅45
Es gilt also: 19⋅45 = 14⋅61 +1
Somit 19⋅45 = 1 mod 61
19 ist also das Inverse von 45 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
