Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (119 - 3006) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(119 - 3006) mod 6 ≡ (119 mod 6 - 3006 mod 6) mod 6.
119 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 119
= 120
3006 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3006
= 3000
Somit gilt:
(119 - 3006) mod 6 ≡ (5 - 0) mod 6 ≡ 5 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (28 ⋅ 59) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(28 ⋅ 59) mod 7 ≡ (28 mod 7 ⋅ 59 mod 7) mod 7.
28 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 28 + 0 = 4 ⋅ 7 + 0 ist.
59 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 56 + 3 = 8 ⋅ 7 + 3 ist.
Somit gilt:
(28 ⋅ 59) mod 7 ≡ (0 ⋅ 3) mod 7 ≡ 0 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 146128 mod 271.
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. 146 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 1461=146
2: 1462=1461+1=1461⋅1461 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 178 mod 271
4: 1464=1462+2=1462⋅1462 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 248 mod 271
8: 1468=1464+4=1464⋅1464 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 258 mod 271
16: 14616=1468+8=1468⋅1468 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 169 mod 271
32: 14632=14616+16=14616⋅14616 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 106 mod 271
64: 14664=14632+32=14632⋅14632 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 125 mod 271
128: 146128=14664+64=14664⋅14664 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 178 mod 271
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 562181 mod 883.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 181 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 181 an und zerlegen 181 in eine Summer von 2er-Potenzen:
181 = 128+32+16+4+1
1: 5621=562
2: 5622=5621+1=5621⋅5621 ≡ 562⋅562=315844 ≡ 613 mod 883
4: 5624=5622+2=5622⋅5622 ≡ 613⋅613=375769 ≡ 494 mod 883
8: 5628=5624+4=5624⋅5624 ≡ 494⋅494=244036 ≡ 328 mod 883
16: 56216=5628+8=5628⋅5628 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 741 mod 883
32: 56232=56216+16=56216⋅56216 ≡ 741⋅741=549081 ≡ 738 mod 883
64: 56264=56232+32=56232⋅56232 ≡ 738⋅738=544644 ≡ 716 mod 883
128: 562128=56264+64=56264⋅56264 ≡ 716⋅716=512656 ≡ 516 mod 883
562181
= 562128+32+16+4+1
= 562128⋅56232⋅56216⋅5624⋅5621
≡ 516 ⋅ 738 ⋅ 741 ⋅ 494 ⋅ 562 mod 883
≡ 380808 ⋅ 741 ⋅ 494 ⋅ 562 mod 883 ≡ 235 ⋅ 741 ⋅ 494 ⋅ 562 mod 883
≡ 174135 ⋅ 494 ⋅ 562 mod 883 ≡ 184 ⋅ 494 ⋅ 562 mod 883
≡ 90896 ⋅ 562 mod 883 ≡ 830 ⋅ 562 mod 883
≡ 466460 mod 883 ≡ 236 mod 883
Es gilt also: 562181 ≡ 236 mod 883
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 27.
Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 27
| =>89 | = 3⋅27 + 8 |
| =>27 | = 3⋅8 + 3 |
| =>8 | = 2⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,27)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 8-2⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3) = -1⋅8 +3⋅ 3 (=1) |
| 3= 27-3⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅8 +3⋅(27 -3⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅27 -9⋅ 8) = 3⋅27 -10⋅ 8 (=1) |
| 8= 89-3⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅27 -10⋅(89 -3⋅ 27)
= 3⋅27 -10⋅89 +30⋅ 27) = -10⋅89 +33⋅ 27 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,27)=1 = -10⋅89 +33⋅27
oder wenn man -10⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +10⋅89 = +33⋅27
Es gilt also: 33⋅27 = 10⋅89 +1
Somit 33⋅27 = 1 mod 89
33 ist also das Inverse von 27 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
