Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2005 - 155) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2005 - 155) mod 5 ≡ (2005 mod 5 - 155 mod 5) mod 5.
2005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2005
= 2000
155 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 155
= 150
Somit gilt:
(2005 - 155) mod 5 ≡ (0 - 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 18) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23 ⋅ 18) mod 10 ≡ (23 mod 10 ⋅ 18 mod 10) mod 10.
23 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 20 + 3 = 2 ⋅ 10 + 3 ist.
18 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 10 + 8 = 1 ⋅ 10 + 8 ist.
Somit gilt:
(23 ⋅ 18) mod 10 ≡ (3 ⋅ 8) mod 10 ≡ 24 mod 10 ≡ 4 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 26432 mod 467.
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. 264 -> x
2. mod(x²,467) -> 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: 2641=264
2: 2642=2641+1=2641⋅2641 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 113 mod 467
4: 2644=2642+2=2642⋅2642 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 160 mod 467
8: 2648=2644+4=2644⋅2644 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 382 mod 467
16: 26416=2648+8=2648⋅2648 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 220 mod 467
32: 26432=26416+16=26416⋅26416 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 299 mod 467
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 510212 mod 641.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 212 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 212 an und zerlegen 212 in eine Summer von 2er-Potenzen:
212 = 128+64+16+4
1: 5101=510
2: 5102=5101+1=5101⋅5101 ≡ 510⋅510=260100 ≡ 495 mod 641
4: 5104=5102+2=5102⋅5102 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 163 mod 641
8: 5108=5104+4=5104⋅5104 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 288 mod 641
16: 51016=5108+8=5108⋅5108 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 255 mod 641
32: 51032=51016+16=51016⋅51016 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 284 mod 641
64: 51064=51032+32=51032⋅51032 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 531 mod 641
128: 510128=51064+64=51064⋅51064 ≡ 531⋅531=281961 ≡ 562 mod 641
510212
= 510128+64+16+4
= 510128⋅51064⋅51016⋅5104
≡ 562 ⋅ 531 ⋅ 255 ⋅ 163 mod 641
≡ 298422 ⋅ 255 ⋅ 163 mod 641 ≡ 357 ⋅ 255 ⋅ 163 mod 641
≡ 91035 ⋅ 163 mod 641 ≡ 13 ⋅ 163 mod 641
≡ 2119 mod 641 ≡ 196 mod 641
Es gilt also: 510212 ≡ 196 mod 641
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 88.
Also bestimme x, so dass 88 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 88
| =>101 | = 1⋅88 + 13 |
| =>88 | = 6⋅13 + 10 |
| =>13 | = 1⋅10 + 3 |
| =>10 | = 3⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,88)=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= 10-3⋅3 | |||
| 3= 13-1⋅10 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅10 -3⋅(13 -1⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅13 +3⋅ 10) = -3⋅13 +4⋅ 10 (=1) |
| 10= 88-6⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅13 +4⋅(88 -6⋅ 13)
= -3⋅13 +4⋅88 -24⋅ 13) = 4⋅88 -27⋅ 13 (=1) |
| 13= 101-1⋅88 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅88 -27⋅(101 -1⋅ 88)
= 4⋅88 -27⋅101 +27⋅ 88) = -27⋅101 +31⋅ 88 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,88)=1 = -27⋅101 +31⋅88
oder wenn man -27⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +27⋅101 = +31⋅88
Es gilt also: 31⋅88 = 27⋅101 +1
Somit 31⋅88 = 1 mod 101
31 ist also das Inverse von 88 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
