Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1997 - 198) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1997 - 198) mod 4 ≡ (1997 mod 4 - 198 mod 4) mod 4.
1997 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1997
= 1900
198 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 198
= 200
Somit gilt:
(1997 - 198) mod 4 ≡ (1 - 2) mod 4 ≡ -1 mod 4 ≡ 3 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 96) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(45 ⋅ 96) mod 9 ≡ (45 mod 9 ⋅ 96 mod 9) mod 9.
45 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 45 + 0 = 5 ⋅ 9 + 0 ist.
96 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 90 + 6 = 10 ⋅ 9 + 6 ist.
Somit gilt:
(45 ⋅ 96) mod 9 ≡ (0 ⋅ 6) mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 25364 mod 563.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 253 -> x
2. mod(x²,563) -> 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: 2531=253
2: 2532=2531+1=2531⋅2531 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 390 mod 563
4: 2534=2532+2=2532⋅2532 ≡ 390⋅390=152100 ≡ 90 mod 563
8: 2538=2534+4=2534⋅2534 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 218 mod 563
16: 25316=2538+8=2538⋅2538 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 232 mod 563
32: 25332=25316+16=25316⋅25316 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 339 mod 563
64: 25364=25332+32=25332⋅25332 ≡ 339⋅339=114921 ≡ 69 mod 563
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 37463 mod 907.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 63 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 63 an und zerlegen 63 in eine Summer von 2er-Potenzen:
63 = 32+16+8+4+2+1
1: 3741=374
2: 3742=3741+1=3741⋅3741 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 198 mod 907
4: 3744=3742+2=3742⋅3742 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 203 mod 907
8: 3748=3744+4=3744⋅3744 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 394 mod 907
16: 37416=3748+8=3748⋅3748 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 139 mod 907
32: 37432=37416+16=37416⋅37416 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 274 mod 907
37463
= 37432+16+8+4+2+1
= 37432⋅37416⋅3748⋅3744⋅3742⋅3741
≡ 274 ⋅ 139 ⋅ 394 ⋅ 203 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907
≡ 38086 ⋅ 394 ⋅ 203 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907 ≡ 899 ⋅ 394 ⋅ 203 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907
≡ 354206 ⋅ 203 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907 ≡ 476 ⋅ 203 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907
≡ 96628 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907 ≡ 486 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907
≡ 96228 ⋅ 374 mod 907 ≡ 86 ⋅ 374 mod 907
≡ 32164 mod 907 ≡ 419 mod 907
Es gilt also: 37463 ≡ 419 mod 907
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 27.
Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 27
| =>61 | = 2⋅27 + 7 |
| =>27 | = 3⋅7 + 6 |
| =>7 | = 1⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,27)=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= 7-1⋅6 | |||
| 6= 27-3⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -1⋅(27 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅27 +3⋅ 7) = -1⋅27 +4⋅ 7 (=1) |
| 7= 61-2⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅27 +4⋅(61 -2⋅ 27)
= -1⋅27 +4⋅61 -8⋅ 27) = 4⋅61 -9⋅ 27 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,27)=1 = 4⋅61 -9⋅27
oder wenn man 4⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 -4⋅61 = -9⋅27
-9⋅27 = -4⋅61 + 1 |+61⋅27
-9⋅27 + 61⋅27 = -4⋅61 + 61⋅27 + 1
(-9 + 61) ⋅ 27 = (-4 + 27) ⋅ 61 + 1
52⋅27 = 23⋅61 + 1
Es gilt also: 52⋅27 = 23⋅61 +1
Somit 52⋅27 = 1 mod 61
52 ist also das Inverse von 27 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
