Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3193 + 168) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3193 + 168) mod 8 ≡ (3193 mod 8 + 168 mod 8) mod 8.
3193 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3193
= 3200
168 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 168
= 160
Somit gilt:
(3193 + 168) mod 8 ≡ (1 + 0) mod 8 ≡ 1 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (44 ⋅ 27) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(44 ⋅ 27) mod 10 ≡ (44 mod 10 ⋅ 27 mod 10) mod 10.
44 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 40 + 4 = 4 ⋅ 10 + 4 ist.
27 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 20 + 7 = 2 ⋅ 10 + 7 ist.
Somit gilt:
(44 ⋅ 27) mod 10 ≡ (4 ⋅ 7) mod 10 ≡ 28 mod 10 ≡ 8 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 343128 mod 631.
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. 343 -> x
2. mod(x²,631) -> 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: 3431=343
2: 3432=3431+1=3431⋅3431 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 283 mod 631
4: 3434=3432+2=3432⋅3432 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 583 mod 631
8: 3438=3434+4=3434⋅3434 ≡ 583⋅583=339889 ≡ 411 mod 631
16: 34316=3438+8=3438⋅3438 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 444 mod 631
32: 34332=34316+16=34316⋅34316 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 264 mod 631
64: 34364=34332+32=34332⋅34332 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 286 mod 631
128: 343128=34364+64=34364⋅34364 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 397 mod 631
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 27799 mod 293.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 99 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 99 an und zerlegen 99 in eine Summer von 2er-Potenzen:
99 = 64+32+2+1
1: 2771=277
2: 2772=2771+1=2771⋅2771 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 256 mod 293
4: 2774=2772+2=2772⋅2772 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 197 mod 293
8: 2778=2774+4=2774⋅2774 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 133 mod 293
16: 27716=2778+8=2778⋅2778 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 109 mod 293
32: 27732=27716+16=27716⋅27716 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 161 mod 293
64: 27764=27732+32=27732⋅27732 ≡ 161⋅161=25921 ≡ 137 mod 293
27799
= 27764+32+2+1
= 27764⋅27732⋅2772⋅2771
≡ 137 ⋅ 161 ⋅ 256 ⋅ 277 mod 293
≡ 22057 ⋅ 256 ⋅ 277 mod 293 ≡ 82 ⋅ 256 ⋅ 277 mod 293
≡ 20992 ⋅ 277 mod 293 ≡ 189 ⋅ 277 mod 293
≡ 52353 mod 293 ≡ 199 mod 293
Es gilt also: 27799 ≡ 199 mod 293
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 41.
Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 41
| =>79 | = 1⋅41 + 38 |
| =>41 | = 1⋅38 + 3 |
| =>38 | = 12⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,41)=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= 38-12⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(38 -12⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅38 +12⋅ 3) = -1⋅38 +13⋅ 3 (=1) |
| 3= 41-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅38 +13⋅(41 -1⋅ 38)
= -1⋅38 +13⋅41 -13⋅ 38) = 13⋅41 -14⋅ 38 (=1) |
| 38= 79-1⋅41 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅41 -14⋅(79 -1⋅ 41)
= 13⋅41 -14⋅79 +14⋅ 41) = -14⋅79 +27⋅ 41 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,41)=1 = -14⋅79 +27⋅41
oder wenn man -14⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +14⋅79 = +27⋅41
Es gilt also: 27⋅41 = 14⋅79 +1
Somit 27⋅41 = 1 mod 79
27 ist also das Inverse von 41 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
