Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (14998 - 8999) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(14998 - 8999) mod 3 ≡ (14998 mod 3 - 8999 mod 3) mod 3.
14998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14998
= 15000
8999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8999
= 9000
Somit gilt:
(14998 - 8999) mod 3 ≡ (1 - 2) mod 3 ≡ -1 mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (41 ⋅ 64) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(41 ⋅ 64) mod 4 ≡ (41 mod 4 ⋅ 64 mod 4) mod 4.
41 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 40 + 1 = 10 ⋅ 4 + 1 ist.
64 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 64 + 0 = 16 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(41 ⋅ 64) mod 4 ≡ (1 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 96632 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. 966 -> 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: 9661=966
2: 9662=9661+1=9661⋅9661 ≡ 966⋅966=933156 ≡ 1 mod 967
4: 9664=9662+2=9662⋅9662 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 967
8: 9668=9664+4=9664⋅9664 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 967
16: 96616=9668+8=9668⋅9668 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 967
32: 96632=96616+16=96616⋅96616 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 967
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 544188 mod 593.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 188 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 188 an und zerlegen 188 in eine Summer von 2er-Potenzen:
188 = 128+32+16+8+4
1: 5441=544
2: 5442=5441+1=5441⋅5441 ≡ 544⋅544=295936 ≡ 29 mod 593
4: 5444=5442+2=5442⋅5442 ≡ 29⋅29=841 ≡ 248 mod 593
8: 5448=5444+4=5444⋅5444 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 425 mod 593
16: 54416=5448+8=5448⋅5448 ≡ 425⋅425=180625 ≡ 353 mod 593
32: 54432=54416+16=54416⋅54416 ≡ 353⋅353=124609 ≡ 79 mod 593
64: 54464=54432+32=54432⋅54432 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 311 mod 593
128: 544128=54464+64=54464⋅54464 ≡ 311⋅311=96721 ≡ 62 mod 593
544188
= 544128+32+16+8+4
= 544128⋅54432⋅54416⋅5448⋅5444
≡ 62 ⋅ 79 ⋅ 353 ⋅ 425 ⋅ 248 mod 593
≡ 4898 ⋅ 353 ⋅ 425 ⋅ 248 mod 593 ≡ 154 ⋅ 353 ⋅ 425 ⋅ 248 mod 593
≡ 54362 ⋅ 425 ⋅ 248 mod 593 ≡ 399 ⋅ 425 ⋅ 248 mod 593
≡ 169575 ⋅ 248 mod 593 ≡ 570 ⋅ 248 mod 593
≡ 141360 mod 593 ≡ 226 mod 593
Es gilt also: 544188 ≡ 226 mod 593
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 = 67 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
