Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (45005 - 44999) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(45005 - 44999) mod 9 ≡ (45005 mod 9 - 44999 mod 9) mod 9.
45005 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45005
= 45000
44999 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44999
= 45000
Somit gilt:
(45005 - 44999) mod 9 ≡ (5 - 8) mod 9 ≡ -3 mod 9 ≡ 6 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (31 ⋅ 76) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(31 ⋅ 76) mod 6 ≡ (31 mod 6 ⋅ 76 mod 6) mod 6.
31 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 30 + 1 = 5 ⋅ 6 + 1 ist.
76 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 72 + 4 = 12 ⋅ 6 + 4 ist.
Somit gilt:
(31 ⋅ 76) mod 6 ≡ (1 ⋅ 4) mod 6 ≡ 4 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 55732 mod 971.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 557 -> x
2. mod(x²,971) -> 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: 5571=557
2: 5572=5571+1=5571⋅5571 ≡ 557⋅557=310249 ≡ 500 mod 971
4: 5574=5572+2=5572⋅5572 ≡ 500⋅500=250000 ≡ 453 mod 971
8: 5578=5574+4=5574⋅5574 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 328 mod 971
16: 55716=5578+8=5578⋅5578 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 774 mod 971
32: 55732=55716+16=55716⋅55716 ≡ 774⋅774=599076 ≡ 940 mod 971
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 318231 mod 683.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 231 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 231 an und zerlegen 231 in eine Summer von 2er-Potenzen:
231 = 128+64+32+4+2+1
1: 3181=318
2: 3182=3181+1=3181⋅3181 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 40 mod 683
4: 3184=3182+2=3182⋅3182 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 234 mod 683
8: 3188=3184+4=3184⋅3184 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 116 mod 683
16: 31816=3188+8=3188⋅3188 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 479 mod 683
32: 31832=31816+16=31816⋅31816 ≡ 479⋅479=229441 ≡ 636 mod 683
64: 31864=31832+32=31832⋅31832 ≡ 636⋅636=404496 ≡ 160 mod 683
128: 318128=31864+64=31864⋅31864 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 329 mod 683
318231
= 318128+64+32+4+2+1
= 318128⋅31864⋅31832⋅3184⋅3182⋅3181
≡ 329 ⋅ 160 ⋅ 636 ⋅ 234 ⋅ 40 ⋅ 318 mod 683
≡ 52640 ⋅ 636 ⋅ 234 ⋅ 40 ⋅ 318 mod 683 ≡ 49 ⋅ 636 ⋅ 234 ⋅ 40 ⋅ 318 mod 683
≡ 31164 ⋅ 234 ⋅ 40 ⋅ 318 mod 683 ≡ 429 ⋅ 234 ⋅ 40 ⋅ 318 mod 683
≡ 100386 ⋅ 40 ⋅ 318 mod 683 ≡ 668 ⋅ 40 ⋅ 318 mod 683
≡ 26720 ⋅ 318 mod 683 ≡ 83 ⋅ 318 mod 683
≡ 26394 mod 683 ≡ 440 mod 683
Es gilt also: 318231 ≡ 440 mod 683
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 53.
Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 53
| =>89 | = 1⋅53 + 36 |
| =>53 | = 1⋅36 + 17 |
| =>36 | = 2⋅17 + 2 |
| =>17 | = 8⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,53)=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= 17-8⋅2 | |||
| 2= 36-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17) = -8⋅36 +17⋅ 17 (=1) |
| 17= 53-1⋅36 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -8⋅36 +17⋅(53 -1⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅53 -17⋅ 36) = 17⋅53 -25⋅ 36 (=1) |
| 36= 89-1⋅53 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 17⋅53 -25⋅(89 -1⋅ 53)
= 17⋅53 -25⋅89 +25⋅ 53) = -25⋅89 +42⋅ 53 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,53)=1 = -25⋅89 +42⋅53
oder wenn man -25⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +25⋅89 = +42⋅53
Es gilt also: 42⋅53 = 25⋅89 +1
Somit 42⋅53 = 1 mod 89
42 ist also das Inverse von 53 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
