Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (80 + 396) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(80 + 396) mod 4 ≡ (80 mod 4 + 396 mod 4) mod 4.
80 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80
= 80
396 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 396
= 300
Somit gilt:
(80 + 396) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 22) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(61 ⋅ 22) mod 4 ≡ (61 mod 4 ⋅ 22 mod 4) mod 4.
61 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 15 ⋅ 4 + 1 ist.
22 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 20 + 2 = 5 ⋅ 4 + 2 ist.
Somit gilt:
(61 ⋅ 22) mod 4 ≡ (1 ⋅ 2) mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 73216 mod 751.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 732 -> x
2. mod(x²,751) -> 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: 7321=732
2: 7322=7321+1=7321⋅7321 ≡ 732⋅732=535824 ≡ 361 mod 751
4: 7324=7322+2=7322⋅7322 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 398 mod 751
8: 7328=7324+4=7324⋅7324 ≡ 398⋅398=158404 ≡ 694 mod 751
16: 73216=7328+8=7328⋅7328 ≡ 694⋅694=481636 ≡ 245 mod 751
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 328243 mod 349.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 243 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 243 an und zerlegen 243 in eine Summer von 2er-Potenzen:
243 = 128+64+32+16+2+1
1: 3281=328
2: 3282=3281+1=3281⋅3281 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 92 mod 349
4: 3284=3282+2=3282⋅3282 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 88 mod 349
8: 3288=3284+4=3284⋅3284 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 66 mod 349
16: 32816=3288+8=3288⋅3288 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 168 mod 349
32: 32832=32816+16=32816⋅32816 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 304 mod 349
64: 32864=32832+32=32832⋅32832 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 280 mod 349
128: 328128=32864+64=32864⋅32864 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 224 mod 349
328243
= 328128+64+32+16+2+1
= 328128⋅32864⋅32832⋅32816⋅3282⋅3281
≡ 224 ⋅ 280 ⋅ 304 ⋅ 168 ⋅ 92 ⋅ 328 mod 349
≡ 62720 ⋅ 304 ⋅ 168 ⋅ 92 ⋅ 328 mod 349 ≡ 249 ⋅ 304 ⋅ 168 ⋅ 92 ⋅ 328 mod 349
≡ 75696 ⋅ 168 ⋅ 92 ⋅ 328 mod 349 ≡ 312 ⋅ 168 ⋅ 92 ⋅ 328 mod 349
≡ 52416 ⋅ 92 ⋅ 328 mod 349 ≡ 66 ⋅ 92 ⋅ 328 mod 349
≡ 6072 ⋅ 328 mod 349 ≡ 139 ⋅ 328 mod 349
≡ 45592 mod 349 ≡ 222 mod 349
Es gilt also: 328243 ≡ 222 mod 349
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 29.
Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 29
| =>71 | = 2⋅29 + 13 |
| =>29 | = 2⋅13 + 3 |
| =>13 | = 4⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,29)=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= 29-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -4⋅(29 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅29 +8⋅ 13) = -4⋅29 +9⋅ 13 (=1) |
| 13= 71-2⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅29 +9⋅(71 -2⋅ 29)
= -4⋅29 +9⋅71 -18⋅ 29) = 9⋅71 -22⋅ 29 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,29)=1 = 9⋅71 -22⋅29
oder wenn man 9⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅71 = -22⋅29
-22⋅29 = -9⋅71 + 1 |+71⋅29
-22⋅29 + 71⋅29 = -9⋅71 + 71⋅29 + 1
(-22 + 71) ⋅ 29 = (-9 + 29) ⋅ 71 + 1
49⋅29 = 20⋅71 + 1
Es gilt also: 49⋅29 = 20⋅71 +1
Somit 49⋅29 = 1 mod 71
49 ist also das Inverse von 29 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
