Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3997 + 40004) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3997 + 40004) mod 8 ≡ (3997 mod 8 + 40004 mod 8) mod 8.
3997 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3997
= 4000
40004 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40004
= 40000
Somit gilt:
(3997 + 40004) mod 8 ≡ (5 + 4) mod 8 ≡ 9 mod 8 ≡ 1 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (41 ⋅ 58) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(41 ⋅ 58) mod 9 ≡ (41 mod 9 ⋅ 58 mod 9) mod 9.
41 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 36 + 5 = 4 ⋅ 9 + 5 ist.
58 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 54 + 4 = 6 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(41 ⋅ 58) mod 9 ≡ (5 ⋅ 4) mod 9 ≡ 20 mod 9 ≡ 2 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 1938 mod 547.
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. 193 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 1931=193
2: 1932=1931+1=1931⋅1931 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 53 mod 547
4: 1934=1932+2=1932⋅1932 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 74 mod 547
8: 1938=1934+4=1934⋅1934 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 6 mod 547
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 402123 mod 409.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 123 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 123 an und zerlegen 123 in eine Summer von 2er-Potenzen:
123 = 64+32+16+8+2+1
1: 4021=402
2: 4022=4021+1=4021⋅4021 ≡ 402⋅402=161604 ≡ 49 mod 409
4: 4024=4022+2=4022⋅4022 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 356 mod 409
8: 4028=4024+4=4024⋅4024 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 355 mod 409
16: 40216=4028+8=4028⋅4028 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 53 mod 409
32: 40232=40216+16=40216⋅40216 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 355 mod 409
64: 40264=40232+32=40232⋅40232 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 53 mod 409
402123
= 40264+32+16+8+2+1
= 40264⋅40232⋅40216⋅4028⋅4022⋅4021
≡ 53 ⋅ 355 ⋅ 53 ⋅ 355 ⋅ 49 ⋅ 402 mod 409
≡ 18815 ⋅ 53 ⋅ 355 ⋅ 49 ⋅ 402 mod 409 ≡ 1 ⋅ 53 ⋅ 355 ⋅ 49 ⋅ 402 mod 409
≡ 53 ⋅ 355 ⋅ 49 ⋅ 402 mod 409
≡ 18815 ⋅ 49 ⋅ 402 mod 409 ≡ 1 ⋅ 49 ⋅ 402 mod 409
≡ 49 ⋅ 402 mod 409
≡ 19698 mod 409 ≡ 66 mod 409
Es gilt also: 402123 ≡ 66 mod 409
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 58.
Also bestimme x, so dass 58 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 58
| =>71 | = 1⋅58 + 13 |
| =>58 | = 4⋅13 + 6 |
| =>13 | = 2⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,58)=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= 13-2⋅6 | |||
| 6= 58-4⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -2⋅(58 -4⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅58 +8⋅ 13) = -2⋅58 +9⋅ 13 (=1) |
| 13= 71-1⋅58 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅58 +9⋅(71 -1⋅ 58)
= -2⋅58 +9⋅71 -9⋅ 58) = 9⋅71 -11⋅ 58 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,58)=1 = 9⋅71 -11⋅58
oder wenn man 9⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅71 = -11⋅58
-11⋅58 = -9⋅71 + 1 |+71⋅58
-11⋅58 + 71⋅58 = -9⋅71 + 71⋅58 + 1
(-11 + 71) ⋅ 58 = (-9 + 58) ⋅ 71 + 1
60⋅58 = 49⋅71 + 1
Es gilt also: 60⋅58 = 49⋅71 +1
Somit 60⋅58 = 1 mod 71
60 ist also das Inverse von 58 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
