Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2497 + 253) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2497 + 253) mod 5 ≡ (2497 mod 5 + 253 mod 5) mod 5.
2497 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2497
= 2400
253 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 253
= 250
Somit gilt:
(2497 + 253) mod 5 ≡ (2 + 3) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (90 ⋅ 87) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(90 ⋅ 87) mod 8 ≡ (90 mod 8 ⋅ 87 mod 8) mod 8.
90 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 88 + 2 = 11 ⋅ 8 + 2 ist.
87 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 80 + 7 = 10 ⋅ 8 + 7 ist.
Somit gilt:
(90 ⋅ 87) mod 8 ≡ (2 ⋅ 7) mod 8 ≡ 14 mod 8 ≡ 6 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 84332 mod 881.
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. 843 -> x
2. mod(x²,881) -> 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: 8431=843
2: 8432=8431+1=8431⋅8431 ≡ 843⋅843=710649 ≡ 563 mod 881
4: 8434=8432+2=8432⋅8432 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 690 mod 881
8: 8438=8434+4=8434⋅8434 ≡ 690⋅690=476100 ≡ 360 mod 881
16: 84316=8438+8=8438⋅8438 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 93 mod 881
32: 84332=84316+16=84316⋅84316 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 720 mod 881
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 157252 mod 269.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 252 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 252 an und zerlegen 252 in eine Summer von 2er-Potenzen:
252 = 128+64+32+16+8+4
1: 1571=157
2: 1572=1571+1=1571⋅1571 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 170 mod 269
4: 1574=1572+2=1572⋅1572 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 117 mod 269
8: 1578=1574+4=1574⋅1574 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 239 mod 269
16: 15716=1578+8=1578⋅1578 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 93 mod 269
32: 15732=15716+16=15716⋅15716 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 41 mod 269
64: 15764=15732+32=15732⋅15732 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 67 mod 269
128: 157128=15764+64=15764⋅15764 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 185 mod 269
157252
= 157128+64+32+16+8+4
= 157128⋅15764⋅15732⋅15716⋅1578⋅1574
≡ 185 ⋅ 67 ⋅ 41 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269
≡ 12395 ⋅ 41 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269 ≡ 21 ⋅ 41 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269
≡ 861 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269 ≡ 54 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269
≡ 5022 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269 ≡ 180 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269
≡ 43020 ⋅ 117 mod 269 ≡ 249 ⋅ 117 mod 269
≡ 29133 mod 269 ≡ 81 mod 269
Es gilt also: 157252 ≡ 81 mod 269
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 82.
Also bestimme x, so dass 82 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 82
| =>101 | = 1⋅82 + 19 |
| =>82 | = 4⋅19 + 6 |
| =>19 | = 3⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,82)=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= 19-3⋅6 | |||
| 6= 82-4⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅19 -3⋅(82 -4⋅ 19)
= 1⋅19 -3⋅82 +12⋅ 19) = -3⋅82 +13⋅ 19 (=1) |
| 19= 101-1⋅82 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅82 +13⋅(101 -1⋅ 82)
= -3⋅82 +13⋅101 -13⋅ 82) = 13⋅101 -16⋅ 82 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,82)=1 = 13⋅101 -16⋅82
oder wenn man 13⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅101 = -16⋅82
-16⋅82 = -13⋅101 + 1 |+101⋅82
-16⋅82 + 101⋅82 = -13⋅101 + 101⋅82 + 1
(-16 + 101) ⋅ 82 = (-13 + 82) ⋅ 101 + 1
85⋅82 = 69⋅101 + 1
Es gilt also: 85⋅82 = 69⋅101 +1
Somit 85⋅82 = 1 mod 101
85 ist also das Inverse von 82 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
