Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (238 + 8007) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(238 + 8007) mod 8 ≡ (238 mod 8 + 8007 mod 8) mod 8.
238 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 238
= 240
8007 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8007
= 8000
Somit gilt:
(238 + 8007) mod 8 ≡ (6 + 7) mod 8 ≡ 13 mod 8 ≡ 5 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (31 ⋅ 69) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(31 ⋅ 69) mod 10 ≡ (31 mod 10 ⋅ 69 mod 10) mod 10.
31 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 30 + 1 = 3 ⋅ 10 + 1 ist.
69 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 60 + 9 = 6 ⋅ 10 + 9 ist.
Somit gilt:
(31 ⋅ 69) mod 10 ≡ (1 ⋅ 9) mod 10 ≡ 9 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 258128 mod 283.
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. 258 -> x
2. mod(x²,283) -> 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: 2581=258
2: 2582=2581+1=2581⋅2581 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 59 mod 283
4: 2584=2582+2=2582⋅2582 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 85 mod 283
8: 2588=2584+4=2584⋅2584 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 150 mod 283
16: 25816=2588+8=2588⋅2588 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 143 mod 283
32: 25832=25816+16=25816⋅25816 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 73 mod 283
64: 25864=25832+32=25832⋅25832 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 235 mod 283
128: 258128=25864+64=25864⋅25864 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 40 mod 283
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 65889 mod 937.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 89 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 89 an und zerlegen 89 in eine Summer von 2er-Potenzen:
89 = 64+16+8+1
1: 6581=658
2: 6582=6581+1=6581⋅6581 ≡ 658⋅658=432964 ≡ 70 mod 937
4: 6584=6582+2=6582⋅6582 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 215 mod 937
8: 6588=6584+4=6584⋅6584 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 312 mod 937
16: 65816=6588+8=6588⋅6588 ≡ 312⋅312=97344 ≡ 833 mod 937
32: 65832=65816+16=65816⋅65816 ≡ 833⋅833=693889 ≡ 509 mod 937
64: 65864=65832+32=65832⋅65832 ≡ 509⋅509=259081 ≡ 469 mod 937
65889
= 65864+16+8+1
= 65864⋅65816⋅6588⋅6581
≡ 469 ⋅ 833 ⋅ 312 ⋅ 658 mod 937
≡ 390677 ⋅ 312 ⋅ 658 mod 937 ≡ 885 ⋅ 312 ⋅ 658 mod 937
≡ 276120 ⋅ 658 mod 937 ≡ 642 ⋅ 658 mod 937
≡ 422436 mod 937 ≡ 786 mod 937
Es gilt also: 65889 ≡ 786 mod 937
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 23.
Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 23
| =>67 | = 2⋅23 + 21 |
| =>23 | = 1⋅21 + 2 |
| =>21 | = 10⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,23)=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= 67-2⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -10⋅23 +11⋅(67 -2⋅ 23)
= -10⋅23 +11⋅67 -22⋅ 23) = 11⋅67 -32⋅ 23 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,23)=1 = 11⋅67 -32⋅23
oder wenn man 11⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅67 = -32⋅23
-32⋅23 = -11⋅67 + 1 |+67⋅23
-32⋅23 + 67⋅23 = -11⋅67 + 67⋅23 + 1
(-32 + 67) ⋅ 23 = (-11 + 23) ⋅ 67 + 1
35⋅23 = 12⋅67 + 1
Es gilt also: 35⋅23 = 12⋅67 +1
Somit 35⋅23 = 1 mod 67
35 ist also das Inverse von 23 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
