Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (157 - 3192) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(157 - 3192) mod 8 ≡ (157 mod 8 - 3192 mod 8) mod 8.
157 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 157
= 160
3192 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3192
= 3200
Somit gilt:
(157 - 3192) mod 8 ≡ (5 - 0) mod 8 ≡ 5 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 88) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20 ⋅ 88) mod 7 ≡ (20 mod 7 ⋅ 88 mod 7) mod 7.
20 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 14 + 6 = 2 ⋅ 7 + 6 ist.
88 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 84 + 4 = 12 ⋅ 7 + 4 ist.
Somit gilt:
(20 ⋅ 88) mod 7 ≡ (6 ⋅ 4) mod 7 ≡ 24 mod 7 ≡ 3 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 28732 mod 433.
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. 287 -> x
2. mod(x²,433) -> 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: 2871=287
2: 2872=2871+1=2871⋅2871 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 99 mod 433
4: 2874=2872+2=2872⋅2872 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 275 mod 433
8: 2878=2874+4=2874⋅2874 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 283 mod 433
16: 28716=2878+8=2878⋅2878 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 417 mod 433
32: 28732=28716+16=28716⋅28716 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 256 mod 433
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 186191 mod 431.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:
191 = 128+32+16+8+4+2+1
1: 1861=186
2: 1862=1861+1=1861⋅1861 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 116 mod 431
4: 1864=1862+2=1862⋅1862 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 95 mod 431
8: 1868=1864+4=1864⋅1864 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 405 mod 431
16: 18616=1868+8=1868⋅1868 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 245 mod 431
32: 18632=18616+16=18616⋅18616 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 116 mod 431
64: 18664=18632+32=18632⋅18632 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 95 mod 431
128: 186128=18664+64=18664⋅18664 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 405 mod 431
186191
= 186128+32+16+8+4+2+1
= 186128⋅18632⋅18616⋅1868⋅1864⋅1862⋅1861
≡ 405 ⋅ 116 ⋅ 245 ⋅ 405 ⋅ 95 ⋅ 116 ⋅ 186 mod 431
≡ 46980 ⋅ 245 ⋅ 405 ⋅ 95 ⋅ 116 ⋅ 186 mod 431 ≡ 1 ⋅ 245 ⋅ 405 ⋅ 95 ⋅ 116 ⋅ 186 mod 431
≡ 245 ⋅ 405 ⋅ 95 ⋅ 116 ⋅ 186 mod 431
≡ 99225 ⋅ 95 ⋅ 116 ⋅ 186 mod 431 ≡ 95 ⋅ 95 ⋅ 116 ⋅ 186 mod 431
≡ 9025 ⋅ 116 ⋅ 186 mod 431 ≡ 405 ⋅ 116 ⋅ 186 mod 431
≡ 46980 ⋅ 186 mod 431 ≡ 1 ⋅ 186 mod 431
≡ 186 mod 431
Es gilt also: 186191 ≡ 186 mod 431
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 68.
Also bestimme x, so dass 68 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 68
| =>89 | = 1⋅68 + 21 |
| =>68 | = 3⋅21 + 5 |
| =>21 | = 4⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,68)=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= 21-4⋅5 | |||
| 5= 68-3⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -4⋅(68 -3⋅ 21)
= 1⋅21 -4⋅68 +12⋅ 21) = -4⋅68 +13⋅ 21 (=1) |
| 21= 89-1⋅68 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅68 +13⋅(89 -1⋅ 68)
= -4⋅68 +13⋅89 -13⋅ 68) = 13⋅89 -17⋅ 68 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,68)=1 = 13⋅89 -17⋅68
oder wenn man 13⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅89 = -17⋅68
-17⋅68 = -13⋅89 + 1 |+89⋅68
-17⋅68 + 89⋅68 = -13⋅89 + 89⋅68 + 1
(-17 + 89) ⋅ 68 = (-13 + 68) ⋅ 89 + 1
72⋅68 = 55⋅89 + 1
Es gilt also: 72⋅68 = 55⋅89 +1
Somit 72⋅68 = 1 mod 89
72 ist also das Inverse von 68 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
