Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (44996 + 351) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(44996 + 351) mod 9 ≡ (44996 mod 9 + 351 mod 9) mod 9.
44996 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44996
= 45000
351 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 351
= 360
Somit gilt:
(44996 + 351) mod 9 ≡ (5 + 0) mod 9 ≡ 5 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (49 ⋅ 96) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(49 ⋅ 96) mod 9 ≡ (49 mod 9 ⋅ 96 mod 9) mod 9.
49 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 45 + 4 = 5 ⋅ 9 + 4 ist.
96 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 90 + 6 = 10 ⋅ 9 + 6 ist.
Somit gilt:
(49 ⋅ 96) mod 9 ≡ (4 ⋅ 6) mod 9 ≡ 24 mod 9 ≡ 6 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 334128 mod 601.
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. 334 -> x
2. mod(x²,601) -> 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: 3341=334
2: 3342=3341+1=3341⋅3341 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 371 mod 601
4: 3344=3342+2=3342⋅3342 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 12 mod 601
8: 3348=3344+4=3344⋅3344 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 601
16: 33416=3348+8=3348⋅3348 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 302 mod 601
32: 33432=33416+16=33416⋅33416 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 453 mod 601
64: 33464=33432+32=33432⋅33432 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 268 mod 601
128: 334128=33464+64=33464⋅33464 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 305 mod 601
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 161174 mod 389.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 174 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 174 an und zerlegen 174 in eine Summer von 2er-Potenzen:
174 = 128+32+8+4+2
1: 1611=161
2: 1612=1611+1=1611⋅1611 ≡ 161⋅161=25921 ≡ 247 mod 389
4: 1614=1612+2=1612⋅1612 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 325 mod 389
8: 1618=1614+4=1614⋅1614 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 206 mod 389
16: 16116=1618+8=1618⋅1618 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 35 mod 389
32: 16132=16116+16=16116⋅16116 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 58 mod 389
64: 16164=16132+32=16132⋅16132 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 252 mod 389
128: 161128=16164+64=16164⋅16164 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 97 mod 389
161174
= 161128+32+8+4+2
= 161128⋅16132⋅1618⋅1614⋅1612
≡ 97 ⋅ 58 ⋅ 206 ⋅ 325 ⋅ 247 mod 389
≡ 5626 ⋅ 206 ⋅ 325 ⋅ 247 mod 389 ≡ 180 ⋅ 206 ⋅ 325 ⋅ 247 mod 389
≡ 37080 ⋅ 325 ⋅ 247 mod 389 ≡ 125 ⋅ 325 ⋅ 247 mod 389
≡ 40625 ⋅ 247 mod 389 ≡ 169 ⋅ 247 mod 389
≡ 41743 mod 389 ≡ 120 mod 389
Es gilt also: 161174 ≡ 120 mod 389
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 72.
Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 72
| =>83 | = 1⋅72 + 11 |
| =>72 | = 6⋅11 + 6 |
| =>11 | = 1⋅6 + 5 |
| =>6 | = 1⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,72)=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= 6-1⋅5 | |||
| 5= 11-1⋅6 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅6 -1⋅(11 -1⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅11 +1⋅ 6) = -1⋅11 +2⋅ 6 (=1) |
| 6= 72-6⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅11 +2⋅(72 -6⋅ 11)
= -1⋅11 +2⋅72 -12⋅ 11) = 2⋅72 -13⋅ 11 (=1) |
| 11= 83-1⋅72 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅72 -13⋅(83 -1⋅ 72)
= 2⋅72 -13⋅83 +13⋅ 72) = -13⋅83 +15⋅ 72 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,72)=1 = -13⋅83 +15⋅72
oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅83 = +15⋅72
Es gilt also: 15⋅72 = 13⋅83 +1
Somit 15⋅72 = 1 mod 83
15 ist also das Inverse von 72 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
