Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (364 + 2700) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(364 + 2700) mod 9 ≡ (364 mod 9 + 2700 mod 9) mod 9.
364 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 364
= 360
2700 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2700
= 2700
Somit gilt:
(364 + 2700) mod 9 ≡ (4 + 0) mod 9 ≡ 4 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 90) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(74 ⋅ 90) mod 5 ≡ (74 mod 5 ⋅ 90 mod 5) mod 5.
74 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 70 + 4 = 14 ⋅ 5 + 4 ist.
90 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 90 + 0 = 18 ⋅ 5 + 0 ist.
Somit gilt:
(74 ⋅ 90) mod 5 ≡ (4 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 15416 mod 349.
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. 154 -> x
2. mod(x²,349) -> 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: 1541=154
2: 1542=1541+1=1541⋅1541 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 333 mod 349
4: 1544=1542+2=1542⋅1542 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 256 mod 349
8: 1548=1544+4=1544⋅1544 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 273 mod 349
16: 15416=1548+8=1548⋅1548 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 192 mod 349
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 399254 mod 521.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 254 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 254 an und zerlegen 254 in eine Summer von 2er-Potenzen:
254 = 128+64+32+16+8+4+2
1: 3991=399
2: 3992=3991+1=3991⋅3991 ≡ 399⋅399=159201 ≡ 296 mod 521
4: 3994=3992+2=3992⋅3992 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 88 mod 521
8: 3998=3994+4=3994⋅3994 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 450 mod 521
16: 39916=3998+8=3998⋅3998 ≡ 450⋅450=202500 ≡ 352 mod 521
32: 39932=39916+16=39916⋅39916 ≡ 352⋅352=123904 ≡ 427 mod 521
64: 39964=39932+32=39932⋅39932 ≡ 427⋅427=182329 ≡ 500 mod 521
128: 399128=39964+64=39964⋅39964 ≡ 500⋅500=250000 ≡ 441 mod 521
399254
= 399128+64+32+16+8+4+2
= 399128⋅39964⋅39932⋅39916⋅3998⋅3994⋅3992
≡ 441 ⋅ 500 ⋅ 427 ⋅ 352 ⋅ 450 ⋅ 88 ⋅ 296 mod 521
≡ 220500 ⋅ 427 ⋅ 352 ⋅ 450 ⋅ 88 ⋅ 296 mod 521 ≡ 117 ⋅ 427 ⋅ 352 ⋅ 450 ⋅ 88 ⋅ 296 mod 521
≡ 49959 ⋅ 352 ⋅ 450 ⋅ 88 ⋅ 296 mod 521 ≡ 464 ⋅ 352 ⋅ 450 ⋅ 88 ⋅ 296 mod 521
≡ 163328 ⋅ 450 ⋅ 88 ⋅ 296 mod 521 ≡ 255 ⋅ 450 ⋅ 88 ⋅ 296 mod 521
≡ 114750 ⋅ 88 ⋅ 296 mod 521 ≡ 130 ⋅ 88 ⋅ 296 mod 521
≡ 11440 ⋅ 296 mod 521 ≡ 499 ⋅ 296 mod 521
≡ 147704 mod 521 ≡ 261 mod 521
Es gilt also: 399254 ≡ 261 mod 521
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 44.
Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 44
| =>79 | = 1⋅44 + 35 |
| =>44 | = 1⋅35 + 9 |
| =>35 | = 3⋅9 + 8 |
| =>9 | = 1⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,44)=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= 9-1⋅8 | |||
| 8= 35-3⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -1⋅(35 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅35 +3⋅ 9) = -1⋅35 +4⋅ 9 (=1) |
| 9= 44-1⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅35 +4⋅(44 -1⋅ 35)
= -1⋅35 +4⋅44 -4⋅ 35) = 4⋅44 -5⋅ 35 (=1) |
| 35= 79-1⋅44 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅44 -5⋅(79 -1⋅ 44)
= 4⋅44 -5⋅79 +5⋅ 44) = -5⋅79 +9⋅ 44 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,44)=1 = -5⋅79 +9⋅44
oder wenn man -5⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅79 = +9⋅44
Es gilt also: 9⋅44 = 5⋅79 +1
Somit 9⋅44 = 1 mod 79
9 ist also das Inverse von 44 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
