Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (35007 + 34993) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(35007 + 34993) mod 7 ≡ (35007 mod 7 + 34993 mod 7) mod 7.
35007 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35007
= 35000
34993 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34993
= 35000
Somit gilt:
(35007 + 34993) mod 7 ≡ (0 + 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 81) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(61 ⋅ 81) mod 7 ≡ (61 mod 7 ⋅ 81 mod 7) mod 7.
61 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 56 + 5 = 8 ⋅ 7 + 5 ist.
81 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 77 + 4 = 11 ⋅ 7 + 4 ist.
Somit gilt:
(61 ⋅ 81) mod 7 ≡ (5 ⋅ 4) mod 7 ≡ 20 mod 7 ≡ 6 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 20532 mod 353.
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. 205 -> x
2. mod(x²,353) -> 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: 2051=205
2: 2052=2051+1=2051⋅2051 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 18 mod 353
4: 2054=2052+2=2052⋅2052 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 353
8: 2058=2054+4=2054⋅2054 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 135 mod 353
16: 20516=2058+8=2058⋅2058 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 222 mod 353
32: 20532=20516+16=20516⋅20516 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 217 mod 353
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 413213 mod 509.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 213 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 213 an und zerlegen 213 in eine Summer von 2er-Potenzen:
213 = 128+64+16+4+1
1: 4131=413
2: 4132=4131+1=4131⋅4131 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 54 mod 509
4: 4134=4132+2=4132⋅4132 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 371 mod 509
8: 4138=4134+4=4134⋅4134 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 211 mod 509
16: 41316=4138+8=4138⋅4138 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 238 mod 509
32: 41332=41316+16=41316⋅41316 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 145 mod 509
64: 41364=41332+32=41332⋅41332 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 156 mod 509
128: 413128=41364+64=41364⋅41364 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 413 mod 509
413213
= 413128+64+16+4+1
= 413128⋅41364⋅41316⋅4134⋅4131
≡ 413 ⋅ 156 ⋅ 238 ⋅ 371 ⋅ 413 mod 509
≡ 64428 ⋅ 238 ⋅ 371 ⋅ 413 mod 509 ≡ 294 ⋅ 238 ⋅ 371 ⋅ 413 mod 509
≡ 69972 ⋅ 371 ⋅ 413 mod 509 ≡ 239 ⋅ 371 ⋅ 413 mod 509
≡ 88669 ⋅ 413 mod 509 ≡ 103 ⋅ 413 mod 509
≡ 42539 mod 509 ≡ 292 mod 509
Es gilt also: 413213 ≡ 292 mod 509
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 55.
Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 55
| =>101 | = 1⋅55 + 46 |
| =>55 | = 1⋅46 + 9 |
| =>46 | = 5⋅9 + 1 |
| =>9 | = 9⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,55)=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= 46-5⋅9 | |||
| 9= 55-1⋅46 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅46 -5⋅(55 -1⋅ 46)
= 1⋅46 -5⋅55 +5⋅ 46) = -5⋅55 +6⋅ 46 (=1) |
| 46= 101-1⋅55 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅55 +6⋅(101 -1⋅ 55)
= -5⋅55 +6⋅101 -6⋅ 55) = 6⋅101 -11⋅ 55 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,55)=1 = 6⋅101 -11⋅55
oder wenn man 6⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -6⋅101 = -11⋅55
-11⋅55 = -6⋅101 + 1 |+101⋅55
-11⋅55 + 101⋅55 = -6⋅101 + 101⋅55 + 1
(-11 + 101) ⋅ 55 = (-6 + 55) ⋅ 101 + 1
90⋅55 = 49⋅101 + 1
Es gilt also: 90⋅55 = 49⋅101 +1
Somit 90⋅55 = 1 mod 101
90 ist also das Inverse von 55 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
