Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (181 - 96) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(181 - 96) mod 9 ≡ (181 mod 9 - 96 mod 9) mod 9.
181 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 181
= 180
96 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96
= 90
Somit gilt:
(181 - 96) mod 9 ≡ (1 - 6) mod 9 ≡ -5 mod 9 ≡ 4 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (51 ⋅ 63) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(51 ⋅ 63) mod 8 ≡ (51 mod 8 ⋅ 63 mod 8) mod 8.
51 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 48 + 3 = 6 ⋅ 8 + 3 ist.
63 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 56 + 7 = 7 ⋅ 8 + 7 ist.
Somit gilt:
(51 ⋅ 63) mod 8 ≡ (3 ⋅ 7) mod 8 ≡ 21 mod 8 ≡ 5 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 382128 mod 499.
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. 382 -> x
2. mod(x²,499) -> 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: 3821=382
2: 3822=3821+1=3821⋅3821 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 216 mod 499
4: 3824=3822+2=3822⋅3822 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 249 mod 499
8: 3828=3824+4=3824⋅3824 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 125 mod 499
16: 38216=3828+8=3828⋅3828 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 156 mod 499
32: 38232=38216+16=38216⋅38216 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 384 mod 499
64: 38264=38232+32=38232⋅38232 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 251 mod 499
128: 382128=38264+64=38264⋅38264 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 127 mod 499
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 458184 mod 977.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 184 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 184 an und zerlegen 184 in eine Summer von 2er-Potenzen:
184 = 128+32+16+8
1: 4581=458
2: 4582=4581+1=4581⋅4581 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 686 mod 977
4: 4584=4582+2=4582⋅4582 ≡ 686⋅686=470596 ≡ 659 mod 977
8: 4588=4584+4=4584⋅4584 ≡ 659⋅659=434281 ≡ 493 mod 977
16: 45816=4588+8=4588⋅4588 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 753 mod 977
32: 45832=45816+16=45816⋅45816 ≡ 753⋅753=567009 ≡ 349 mod 977
64: 45864=45832+32=45832⋅45832 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 653 mod 977
128: 458128=45864+64=45864⋅45864 ≡ 653⋅653=426409 ≡ 437 mod 977
458184
= 458128+32+16+8
= 458128⋅45832⋅45816⋅4588
≡ 437 ⋅ 349 ⋅ 753 ⋅ 493 mod 977
≡ 152513 ⋅ 753 ⋅ 493 mod 977 ≡ 101 ⋅ 753 ⋅ 493 mod 977
≡ 76053 ⋅ 493 mod 977 ≡ 824 ⋅ 493 mod 977
≡ 406232 mod 977 ≡ 777 mod 977
Es gilt also: 458184 ≡ 777 mod 977
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 65.
Also bestimme x, so dass 65 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 65
| =>101 | = 1⋅65 + 36 |
| =>65 | = 1⋅36 + 29 |
| =>36 | = 1⋅29 + 7 |
| =>29 | = 4⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,65)=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= 29-4⋅7 | |||
| 7= 36-1⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅29 -4⋅(36 -1⋅ 29)
= 1⋅29 -4⋅36 +4⋅ 29) = -4⋅36 +5⋅ 29 (=1) |
| 29= 65-1⋅36 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅36 +5⋅(65 -1⋅ 36)
= -4⋅36 +5⋅65 -5⋅ 36) = 5⋅65 -9⋅ 36 (=1) |
| 36= 101-1⋅65 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅65 -9⋅(101 -1⋅ 65)
= 5⋅65 -9⋅101 +9⋅ 65) = -9⋅101 +14⋅ 65 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,65)=1 = -9⋅101 +14⋅65
oder wenn man -9⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅101 = +14⋅65
Es gilt also: 14⋅65 = 9⋅101 +1
Somit 14⋅65 = 1 mod 101
14 ist also das Inverse von 65 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
