Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (68 - 134) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(68 - 134) mod 7 ≡ (68 mod 7 - 134 mod 7) mod 7.
68 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68
= 70
134 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 134
= 140
Somit gilt:
(68 - 134) mod 7 ≡ (5 - 1) mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 25) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23 ⋅ 25) mod 10 ≡ (23 mod 10 ⋅ 25 mod 10) mod 10.
23 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 20 + 3 = 2 ⋅ 10 + 3 ist.
25 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 20 + 5 = 2 ⋅ 10 + 5 ist.
Somit gilt:
(23 ⋅ 25) mod 10 ≡ (3 ⋅ 5) mod 10 ≡ 15 mod 10 ≡ 5 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 700128 mod 709.
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. 700 -> x
2. mod(x²,709) -> 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: 7001=700
2: 7002=7001+1=7001⋅7001 ≡ 700⋅700=490000 ≡ 81 mod 709
4: 7004=7002+2=7002⋅7002 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 180 mod 709
8: 7008=7004+4=7004⋅7004 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 495 mod 709
16: 70016=7008+8=7008⋅7008 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 420 mod 709
32: 70032=70016+16=70016⋅70016 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 568 mod 709
64: 70064=70032+32=70032⋅70032 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 29 mod 709
128: 700128=70064+64=70064⋅70064 ≡ 29⋅29=841 ≡ 132 mod 709
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 207227 mod 461.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 227 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 227 an und zerlegen 227 in eine Summer von 2er-Potenzen:
227 = 128+64+32+2+1
1: 2071=207
2: 2072=2071+1=2071⋅2071 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 437 mod 461
4: 2074=2072+2=2072⋅2072 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 115 mod 461
8: 2078=2074+4=2074⋅2074 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 317 mod 461
16: 20716=2078+8=2078⋅2078 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 452 mod 461
32: 20732=20716+16=20716⋅20716 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 81 mod 461
64: 20764=20732+32=20732⋅20732 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 107 mod 461
128: 207128=20764+64=20764⋅20764 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 385 mod 461
207227
= 207128+64+32+2+1
= 207128⋅20764⋅20732⋅2072⋅2071
≡ 385 ⋅ 107 ⋅ 81 ⋅ 437 ⋅ 207 mod 461
≡ 41195 ⋅ 81 ⋅ 437 ⋅ 207 mod 461 ≡ 166 ⋅ 81 ⋅ 437 ⋅ 207 mod 461
≡ 13446 ⋅ 437 ⋅ 207 mod 461 ≡ 77 ⋅ 437 ⋅ 207 mod 461
≡ 33649 ⋅ 207 mod 461 ≡ 457 ⋅ 207 mod 461
≡ 94599 mod 461 ≡ 94 mod 461
Es gilt also: 207227 ≡ 94 mod 461
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 44.
Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 44
| =>67 | = 1⋅44 + 23 |
| =>44 | = 1⋅23 + 21 |
| =>23 | = 1⋅21 + 2 |
| =>21 | = 10⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,44)=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= 21-10⋅2 | |||
| 2= 23-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -10⋅(23 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -10⋅23 +10⋅ 21) = -10⋅23 +11⋅ 21 (=1) |
| 21= 44-1⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -10⋅23 +11⋅(44 -1⋅ 23)
= -10⋅23 +11⋅44 -11⋅ 23) = 11⋅44 -21⋅ 23 (=1) |
| 23= 67-1⋅44 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 11⋅44 -21⋅(67 -1⋅ 44)
= 11⋅44 -21⋅67 +21⋅ 44) = -21⋅67 +32⋅ 44 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,44)=1 = -21⋅67 +32⋅44
oder wenn man -21⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +21⋅67 = +32⋅44
Es gilt also: 32⋅44 = 21⋅67 +1
Somit 32⋅44 = 1 mod 67
32 ist also das Inverse von 44 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
