Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (28003 + 210) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(28003 + 210) mod 7 ≡ (28003 mod 7 + 210 mod 7) mod 7.
28003 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28003
= 28000
210 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 210
= 210
Somit gilt:
(28003 + 210) mod 7 ≡ (3 + 0) mod 7 ≡ 3 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (79 ⋅ 47) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(79 ⋅ 47) mod 7 ≡ (79 mod 7 ⋅ 47 mod 7) mod 7.
79 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 77 + 2 = 11 ⋅ 7 + 2 ist.
47 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 42 + 5 = 6 ⋅ 7 + 5 ist.
Somit gilt:
(79 ⋅ 47) mod 7 ≡ (2 ⋅ 5) mod 7 ≡ 10 mod 7 ≡ 3 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 270128 mod 509.
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. 270 -> x
2. mod(x²,509) -> 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: 2701=270
2: 2702=2701+1=2701⋅2701 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 113 mod 509
4: 2704=2702+2=2702⋅2702 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 44 mod 509
8: 2708=2704+4=2704⋅2704 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 409 mod 509
16: 27016=2708+8=2708⋅2708 ≡ 409⋅409=167281 ≡ 329 mod 509
32: 27032=27016+16=27016⋅27016 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 333 mod 509
64: 27064=27032+32=27032⋅27032 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 436 mod 509
128: 270128=27064+64=27064⋅27064 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 239 mod 509
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 568225 mod 641.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 225 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 225 an und zerlegen 225 in eine Summer von 2er-Potenzen:
225 = 128+64+32+1
1: 5681=568
2: 5682=5681+1=5681⋅5681 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 201 mod 641
4: 5684=5682+2=5682⋅5682 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 18 mod 641
8: 5688=5684+4=5684⋅5684 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 641
16: 56816=5688+8=5688⋅5688 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 493 mod 641
32: 56832=56816+16=56816⋅56816 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 110 mod 641
64: 56864=56832+32=56832⋅56832 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 562 mod 641
128: 568128=56864+64=56864⋅56864 ≡ 562⋅562=315844 ≡ 472 mod 641
568225
= 568128+64+32+1
= 568128⋅56864⋅56832⋅5681
≡ 472 ⋅ 562 ⋅ 110 ⋅ 568 mod 641
≡ 265264 ⋅ 110 ⋅ 568 mod 641 ≡ 531 ⋅ 110 ⋅ 568 mod 641
≡ 58410 ⋅ 568 mod 641 ≡ 79 ⋅ 568 mod 641
≡ 44872 mod 641 ≡ 2 mod 641
Es gilt also: 568225 ≡ 2 mod 641
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 85.
Also bestimme x, so dass 85 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 85
| =>101 | = 1⋅85 + 16 |
| =>85 | = 5⋅16 + 5 |
| =>16 | = 3⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,85)=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= 16-3⋅5 | |||
| 5= 85-5⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅16 -3⋅(85 -5⋅ 16)
= 1⋅16 -3⋅85 +15⋅ 16) = -3⋅85 +16⋅ 16 (=1) |
| 16= 101-1⋅85 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅85 +16⋅(101 -1⋅ 85)
= -3⋅85 +16⋅101 -16⋅ 85) = 16⋅101 -19⋅ 85 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,85)=1 = 16⋅101 -19⋅85
oder wenn man 16⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 -16⋅101 = -19⋅85
-19⋅85 = -16⋅101 + 1 |+101⋅85
-19⋅85 + 101⋅85 = -16⋅101 + 101⋅85 + 1
(-19 + 101) ⋅ 85 = (-16 + 85) ⋅ 101 + 1
82⋅85 = 69⋅101 + 1
Es gilt also: 82⋅85 = 69⋅101 +1
Somit 82⋅85 = 1 mod 101
82 ist also das Inverse von 85 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
