Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1196 - 2399) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1196 - 2399) mod 6 ≡ (1196 mod 6 - 2399 mod 6) mod 6.
1196 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1196
= 1200
2399 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2399
= 2400
Somit gilt:
(1196 - 2399) mod 6 ≡ (2 - 5) mod 6 ≡ -3 mod 6 ≡ 3 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 26) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(70 ⋅ 26) mod 6 ≡ (70 mod 6 ⋅ 26 mod 6) mod 6.
70 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 66 + 4 = 11 ⋅ 6 + 4 ist.
26 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 24 + 2 = 4 ⋅ 6 + 2 ist.
Somit gilt:
(70 ⋅ 26) mod 6 ≡ (4 ⋅ 2) mod 6 ≡ 8 mod 6 ≡ 2 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 342128 mod 599.
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. 342 -> x
2. mod(x²,599) -> 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: 3421=342
2: 3422=3421+1=3421⋅3421 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 159 mod 599
4: 3424=3422+2=3422⋅3422 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 123 mod 599
8: 3428=3424+4=3424⋅3424 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 154 mod 599
16: 34216=3428+8=3428⋅3428 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 355 mod 599
32: 34232=34216+16=34216⋅34216 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 235 mod 599
64: 34264=34232+32=34232⋅34232 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 117 mod 599
128: 342128=34264+64=34264⋅34264 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 511 mod 599
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 757127 mod 991.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 127 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 127 an und zerlegen 127 in eine Summer von 2er-Potenzen:
127 = 64+32+16+8+4+2+1
1: 7571=757
2: 7572=7571+1=7571⋅7571 ≡ 757⋅757=573049 ≡ 251 mod 991
4: 7574=7572+2=7572⋅7572 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 568 mod 991
8: 7578=7574+4=7574⋅7574 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 549 mod 991
16: 75716=7578+8=7578⋅7578 ≡ 549⋅549=301401 ≡ 137 mod 991
32: 75732=75716+16=75716⋅75716 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 931 mod 991
64: 75764=75732+32=75732⋅75732 ≡ 931⋅931=866761 ≡ 627 mod 991
757127
= 75764+32+16+8+4+2+1
= 75764⋅75732⋅75716⋅7578⋅7574⋅7572⋅7571
≡ 627 ⋅ 931 ⋅ 137 ⋅ 549 ⋅ 568 ⋅ 251 ⋅ 757 mod 991
≡ 583737 ⋅ 137 ⋅ 549 ⋅ 568 ⋅ 251 ⋅ 757 mod 991 ≡ 38 ⋅ 137 ⋅ 549 ⋅ 568 ⋅ 251 ⋅ 757 mod 991
≡ 5206 ⋅ 549 ⋅ 568 ⋅ 251 ⋅ 757 mod 991 ≡ 251 ⋅ 549 ⋅ 568 ⋅ 251 ⋅ 757 mod 991
≡ 137799 ⋅ 568 ⋅ 251 ⋅ 757 mod 991 ≡ 50 ⋅ 568 ⋅ 251 ⋅ 757 mod 991
≡ 28400 ⋅ 251 ⋅ 757 mod 991 ≡ 652 ⋅ 251 ⋅ 757 mod 991
≡ 163652 ⋅ 757 mod 991 ≡ 137 ⋅ 757 mod 991
≡ 103709 mod 991 ≡ 645 mod 991
Es gilt also: 757127 ≡ 645 mod 991
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 87.
Also bestimme x, so dass 87 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 87
| =>97 | = 1⋅87 + 10 |
| =>87 | = 8⋅10 + 7 |
| =>10 | = 1⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,87)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 10-1⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(10 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅10 +2⋅ 7) = -2⋅10 +3⋅ 7 (=1) |
| 7= 87-8⋅10 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅10 +3⋅(87 -8⋅ 10)
= -2⋅10 +3⋅87 -24⋅ 10) = 3⋅87 -26⋅ 10 (=1) |
| 10= 97-1⋅87 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅87 -26⋅(97 -1⋅ 87)
= 3⋅87 -26⋅97 +26⋅ 87) = -26⋅97 +29⋅ 87 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,87)=1 = -26⋅97 +29⋅87
oder wenn man -26⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +26⋅97 = +29⋅87
Es gilt also: 29⋅87 = 26⋅97 +1
Somit 29⋅87 = 1 mod 97
29 ist also das Inverse von 87 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
