Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (317 + 32005) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(317 + 32005) mod 8 ≡ (317 mod 8 + 32005 mod 8) mod 8.
317 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 317
= 320
32005 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32005
= 32000
Somit gilt:
(317 + 32005) mod 8 ≡ (5 + 5) mod 8 ≡ 10 mod 8 ≡ 2 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (62 ⋅ 48) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(62 ⋅ 48) mod 10 ≡ (62 mod 10 ⋅ 48 mod 10) mod 10.
62 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60 + 2 = 6 ⋅ 10 + 2 ist.
48 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 40 + 8 = 4 ⋅ 10 + 8 ist.
Somit gilt:
(62 ⋅ 48) mod 10 ≡ (2 ⋅ 8) mod 10 ≡ 16 mod 10 ≡ 6 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 27464 mod 433.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 274 -> 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: 2741=274
2: 2742=2741+1=2741⋅2741 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 167 mod 433
4: 2744=2742+2=2742⋅2742 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 177 mod 433
8: 2748=2744+4=2744⋅2744 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 153 mod 433
16: 27416=2748+8=2748⋅2748 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 27 mod 433
32: 27432=27416+16=27416⋅27416 ≡ 27⋅27=729 ≡ 296 mod 433
64: 27464=27432+32=27432⋅27432 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 150 mod 433
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 341190 mod 751.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 190 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 190 an und zerlegen 190 in eine Summer von 2er-Potenzen:
190 = 128+32+16+8+4+2
1: 3411=341
2: 3412=3411+1=3411⋅3411 ≡ 341⋅341=116281 ≡ 627 mod 751
4: 3414=3412+2=3412⋅3412 ≡ 627⋅627=393129 ≡ 356 mod 751
8: 3418=3414+4=3414⋅3414 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 568 mod 751
16: 34116=3418+8=3418⋅3418 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 445 mod 751
32: 34132=34116+16=34116⋅34116 ≡ 445⋅445=198025 ≡ 512 mod 751
64: 34164=34132+32=34132⋅34132 ≡ 512⋅512=262144 ≡ 45 mod 751
128: 341128=34164+64=34164⋅34164 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 523 mod 751
341190
= 341128+32+16+8+4+2
= 341128⋅34132⋅34116⋅3418⋅3414⋅3412
≡ 523 ⋅ 512 ⋅ 445 ⋅ 568 ⋅ 356 ⋅ 627 mod 751
≡ 267776 ⋅ 445 ⋅ 568 ⋅ 356 ⋅ 627 mod 751 ≡ 420 ⋅ 445 ⋅ 568 ⋅ 356 ⋅ 627 mod 751
≡ 186900 ⋅ 568 ⋅ 356 ⋅ 627 mod 751 ≡ 652 ⋅ 568 ⋅ 356 ⋅ 627 mod 751
≡ 370336 ⋅ 356 ⋅ 627 mod 751 ≡ 93 ⋅ 356 ⋅ 627 mod 751
≡ 33108 ⋅ 627 mod 751 ≡ 64 ⋅ 627 mod 751
≡ 40128 mod 751 ≡ 325 mod 751
Es gilt also: 341190 ≡ 325 mod 751
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 43.
Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 43
| =>97 | = 2⋅43 + 11 |
| =>43 | = 3⋅11 + 10 |
| =>11 | = 1⋅10 + 1 |
| =>10 | = 10⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,43)=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= 11-1⋅10 | |||
| 10= 43-3⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -1⋅(43 -3⋅ 11)
= 1⋅11 -1⋅43 +3⋅ 11) = -1⋅43 +4⋅ 11 (=1) |
| 11= 97-2⋅43 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅43 +4⋅(97 -2⋅ 43)
= -1⋅43 +4⋅97 -8⋅ 43) = 4⋅97 -9⋅ 43 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,43)=1 = 4⋅97 -9⋅43
oder wenn man 4⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 -4⋅97 = -9⋅43
-9⋅43 = -4⋅97 + 1 |+97⋅43
-9⋅43 + 97⋅43 = -4⋅97 + 97⋅43 + 1
(-9 + 97) ⋅ 43 = (-4 + 43) ⋅ 97 + 1
88⋅43 = 39⋅97 + 1
Es gilt also: 88⋅43 = 39⋅97 +1
Somit 88⋅43 = 1 mod 97
88 ist also das Inverse von 43 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
