Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (8993 + 27009) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(8993 + 27009) mod 9 ≡ (8993 mod 9 + 27009 mod 9) mod 9.
8993 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8993
= 9000
27009 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27009
= 27000
Somit gilt:
(8993 + 27009) mod 9 ≡ (2 + 0) mod 9 ≡ 2 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 53) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15 ⋅ 53) mod 6 ≡ (15 mod 6 ⋅ 53 mod 6) mod 6.
15 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 12 + 3 = 2 ⋅ 6 + 3 ist.
53 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 48 + 5 = 8 ⋅ 6 + 5 ist.
Somit gilt:
(15 ⋅ 53) mod 6 ≡ (3 ⋅ 5) mod 6 ≡ 15 mod 6 ≡ 3 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 32032 mod 967.
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. 320 -> x
2. mod(x²,967) -> 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: 3201=320
2: 3202=3201+1=3201⋅3201 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 865 mod 967
4: 3204=3202+2=3202⋅3202 ≡ 865⋅865=748225 ≡ 734 mod 967
8: 3208=3204+4=3204⋅3204 ≡ 734⋅734=538756 ≡ 137 mod 967
16: 32016=3208+8=3208⋅3208 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 396 mod 967
32: 32032=32016+16=32016⋅32016 ≡ 396⋅396=156816 ≡ 162 mod 967
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 644238 mod 941.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 238 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 238 an und zerlegen 238 in eine Summer von 2er-Potenzen:
238 = 128+64+32+8+4+2
1: 6441=644
2: 6442=6441+1=6441⋅6441 ≡ 644⋅644=414736 ≡ 696 mod 941
4: 6444=6442+2=6442⋅6442 ≡ 696⋅696=484416 ≡ 742 mod 941
8: 6448=6444+4=6444⋅6444 ≡ 742⋅742=550564 ≡ 79 mod 941
16: 64416=6448+8=6448⋅6448 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 595 mod 941
32: 64432=64416+16=64416⋅64416 ≡ 595⋅595=354025 ≡ 209 mod 941
64: 64464=64432+32=64432⋅64432 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 395 mod 941
128: 644128=64464+64=64464⋅64464 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 760 mod 941
644238
= 644128+64+32+8+4+2
= 644128⋅64464⋅64432⋅6448⋅6444⋅6442
≡ 760 ⋅ 395 ⋅ 209 ⋅ 79 ⋅ 742 ⋅ 696 mod 941
≡ 300200 ⋅ 209 ⋅ 79 ⋅ 742 ⋅ 696 mod 941 ≡ 21 ⋅ 209 ⋅ 79 ⋅ 742 ⋅ 696 mod 941
≡ 4389 ⋅ 79 ⋅ 742 ⋅ 696 mod 941 ≡ 625 ⋅ 79 ⋅ 742 ⋅ 696 mod 941
≡ 49375 ⋅ 742 ⋅ 696 mod 941 ≡ 443 ⋅ 742 ⋅ 696 mod 941
≡ 328706 ⋅ 696 mod 941 ≡ 297 ⋅ 696 mod 941
≡ 206712 mod 941 ≡ 633 mod 941
Es gilt also: 644238 ≡ 633 mod 941
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 31.
Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 31
| =>101 | = 3⋅31 + 8 |
| =>31 | = 3⋅8 + 7 |
| =>8 | = 1⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,31)=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= 8-1⋅7 | |||
| 7= 31-3⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅8 -1⋅(31 -3⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅31 +3⋅ 8) = -1⋅31 +4⋅ 8 (=1) |
| 8= 101-3⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅31 +4⋅(101 -3⋅ 31)
= -1⋅31 +4⋅101 -12⋅ 31) = 4⋅101 -13⋅ 31 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,31)=1 = 4⋅101 -13⋅31
oder wenn man 4⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -4⋅101 = -13⋅31
-13⋅31 = -4⋅101 + 1 |+101⋅31
-13⋅31 + 101⋅31 = -4⋅101 + 101⋅31 + 1
(-13 + 101) ⋅ 31 = (-4 + 31) ⋅ 101 + 1
88⋅31 = 27⋅101 + 1
Es gilt also: 88⋅31 = 27⋅101 +1
Somit 88⋅31 = 1 mod 101
88 ist also das Inverse von 31 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
