Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (265 + 905) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(265 + 905) mod 9 ≡ (265 mod 9 + 905 mod 9) mod 9.
265 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 265
= 270
905 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 905
= 900
Somit gilt:
(265 + 905) mod 9 ≡ (4 + 5) mod 9 ≡ 9 mod 9 ≡ 0 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (72 ⋅ 98) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(72 ⋅ 98) mod 9 ≡ (72 mod 9 ⋅ 98 mod 9) mod 9.
72 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 8 ⋅ 9 + 0 ist.
98 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 90 + 8 = 10 ⋅ 9 + 8 ist.
Somit gilt:
(72 ⋅ 98) mod 9 ≡ (0 ⋅ 8) mod 9 ≡ 0 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 141128 mod 313.
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. 141 -> x
2. mod(x²,313) -> 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: 1411=141
2: 1412=1411+1=1411⋅1411 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 162 mod 313
4: 1414=1412+2=1412⋅1412 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 265 mod 313
8: 1418=1414+4=1414⋅1414 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 113 mod 313
16: 14116=1418+8=1418⋅1418 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 249 mod 313
32: 14132=14116+16=14116⋅14116 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 27 mod 313
64: 14164=14132+32=14132⋅14132 ≡ 27⋅27=729 ≡ 103 mod 313
128: 141128=14164+64=14164⋅14164 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 280 mod 313
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 185242 mod 457.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 242 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 242 an und zerlegen 242 in eine Summer von 2er-Potenzen:
242 = 128+64+32+16+2
1: 1851=185
2: 1852=1851+1=1851⋅1851 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 407 mod 457
4: 1854=1852+2=1852⋅1852 ≡ 407⋅407=165649 ≡ 215 mod 457
8: 1858=1854+4=1854⋅1854 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 68 mod 457
16: 18516=1858+8=1858⋅1858 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 54 mod 457
32: 18532=18516+16=18516⋅18516 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 174 mod 457
64: 18564=18532+32=18532⋅18532 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 114 mod 457
128: 185128=18564+64=18564⋅18564 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 200 mod 457
185242
= 185128+64+32+16+2
= 185128⋅18564⋅18532⋅18516⋅1852
≡ 200 ⋅ 114 ⋅ 174 ⋅ 54 ⋅ 407 mod 457
≡ 22800 ⋅ 174 ⋅ 54 ⋅ 407 mod 457 ≡ 407 ⋅ 174 ⋅ 54 ⋅ 407 mod 457
≡ 70818 ⋅ 54 ⋅ 407 mod 457 ≡ 440 ⋅ 54 ⋅ 407 mod 457
≡ 23760 ⋅ 407 mod 457 ≡ 453 ⋅ 407 mod 457
≡ 184371 mod 457 ≡ 200 mod 457
Es gilt also: 185242 ≡ 200 mod 457
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 88.
Also bestimme x, so dass 88 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 88
| =>101 | = 1⋅88 + 13 |
| =>88 | = 6⋅13 + 10 |
| =>13 | = 1⋅10 + 3 |
| =>10 | = 3⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,88)=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= 10-3⋅3 | |||
| 3= 13-1⋅10 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅10 -3⋅(13 -1⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅13 +3⋅ 10) = -3⋅13 +4⋅ 10 (=1) |
| 10= 88-6⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅13 +4⋅(88 -6⋅ 13)
= -3⋅13 +4⋅88 -24⋅ 13) = 4⋅88 -27⋅ 13 (=1) |
| 13= 101-1⋅88 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅88 -27⋅(101 -1⋅ 88)
= 4⋅88 -27⋅101 +27⋅ 88) = -27⋅101 +31⋅ 88 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,88)=1 = -27⋅101 +31⋅88
oder wenn man -27⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +27⋅101 = +31⋅88
Es gilt also: 31⋅88 = 27⋅101 +1
Somit 31⋅88 = 1 mod 101
31 ist also das Inverse von 88 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
