Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (17997 + 240) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17997 + 240) mod 6 ≡ (17997 mod 6 + 240 mod 6) mod 6.
17997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17997
= 18000
240 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 240
= 240
Somit gilt:
(17997 + 240) mod 6 ≡ (3 + 0) mod 6 ≡ 3 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (40 ⋅ 100) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(40 ⋅ 100) mod 11 ≡ (40 mod 11 ⋅ 100 mod 11) mod 11.
40 mod 11 ≡ 7 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 33 + 7 = 3 ⋅ 11 + 7 ist.
100 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 99 + 1 = 9 ⋅ 11 + 1 ist.
Somit gilt:
(40 ⋅ 100) mod 11 ≡ (7 ⋅ 1) mod 11 ≡ 7 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 5618 mod 659.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 561 -> x
2. mod(x²,659) -> 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: 5611=561
2: 5612=5611+1=5611⋅5611 ≡ 561⋅561=314721 ≡ 378 mod 659
4: 5614=5612+2=5612⋅5612 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 540 mod 659
8: 5618=5614+4=5614⋅5614 ≡ 540⋅540=291600 ≡ 322 mod 659
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 78235 mod 233.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 235 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 235 an und zerlegen 235 in eine Summer von 2er-Potenzen:
235 = 128+64+32+8+2+1
1: 781=78
2: 782=781+1=781⋅781 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 26 mod 233
4: 784=782+2=782⋅782 ≡ 26⋅26=676 ≡ 210 mod 233
8: 788=784+4=784⋅784 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 63 mod 233
16: 7816=788+8=788⋅788 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 8 mod 233
32: 7832=7816+16=7816⋅7816 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 233
64: 7864=7832+32=7832⋅7832 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 135 mod 233
128: 78128=7864+64=7864⋅7864 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 51 mod 233
78235
= 78128+64+32+8+2+1
= 78128⋅7864⋅7832⋅788⋅782⋅781
≡ 51 ⋅ 135 ⋅ 64 ⋅ 63 ⋅ 26 ⋅ 78 mod 233
≡ 6885 ⋅ 64 ⋅ 63 ⋅ 26 ⋅ 78 mod 233 ≡ 128 ⋅ 64 ⋅ 63 ⋅ 26 ⋅ 78 mod 233
≡ 8192 ⋅ 63 ⋅ 26 ⋅ 78 mod 233 ≡ 37 ⋅ 63 ⋅ 26 ⋅ 78 mod 233
≡ 2331 ⋅ 26 ⋅ 78 mod 233 ≡ 1 ⋅ 26 ⋅ 78 mod 233
≡ 26 ⋅ 78 mod 233
≡ 2028 mod 233 ≡ 164 mod 233
Es gilt also: 78235 ≡ 164 mod 233
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 53.
Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 53
| =>89 | = 1⋅53 + 36 |
| =>53 | = 1⋅36 + 17 |
| =>36 | = 2⋅17 + 2 |
| =>17 | = 8⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,53)=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= 17-8⋅2 | |||
| 2= 36-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17) = -8⋅36 +17⋅ 17 (=1) |
| 17= 53-1⋅36 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -8⋅36 +17⋅(53 -1⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅53 -17⋅ 36) = 17⋅53 -25⋅ 36 (=1) |
| 36= 89-1⋅53 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 17⋅53 -25⋅(89 -1⋅ 53)
= 17⋅53 -25⋅89 +25⋅ 53) = -25⋅89 +42⋅ 53 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,53)=1 = -25⋅89 +42⋅53
oder wenn man -25⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +25⋅89 = +42⋅53
Es gilt also: 42⋅53 = 25⋅89 +1
Somit 42⋅53 = 1 mod 89
42 ist also das Inverse von 53 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
