Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (996 + 998) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(996 + 998) mod 5 ≡ (996 mod 5 + 998 mod 5) mod 5.
996 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 996
= 900
998 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 998
= 900
Somit gilt:
(996 + 998) mod 5 ≡ (1 + 3) mod 5 ≡ 4 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 40) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(46 ⋅ 40) mod 7 ≡ (46 mod 7 ⋅ 40 mod 7) mod 7.
46 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 42 + 4 = 6 ⋅ 7 + 4 ist.
40 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 35 + 5 = 5 ⋅ 7 + 5 ist.
Somit gilt:
(46 ⋅ 40) mod 7 ≡ (4 ⋅ 5) mod 7 ≡ 20 mod 7 ≡ 6 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 27764 mod 653.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 277 -> x
2. mod(x²,653) -> 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: 2771=277
2: 2772=2771+1=2771⋅2771 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 328 mod 653
4: 2774=2772+2=2772⋅2772 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 492 mod 653
8: 2778=2774+4=2774⋅2774 ≡ 492⋅492=242064 ≡ 454 mod 653
16: 27716=2778+8=2778⋅2778 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 421 mod 653
32: 27732=27716+16=27716⋅27716 ≡ 421⋅421=177241 ≡ 278 mod 653
64: 27764=27732+32=27732⋅27732 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 230 mod 653
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 78157 mod 227.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 157 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 157 an und zerlegen 157 in eine Summer von 2er-Potenzen:
157 = 128+16+8+4+1
1: 781=78
2: 782=781+1=781⋅781 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 182 mod 227
4: 784=782+2=782⋅782 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 209 mod 227
8: 788=784+4=784⋅784 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 97 mod 227
16: 7816=788+8=788⋅788 ≡ 97⋅97=9409 ≡ 102 mod 227
32: 7832=7816+16=7816⋅7816 ≡ 102⋅102=10404 ≡ 189 mod 227
64: 7864=7832+32=7832⋅7832 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 82 mod 227
128: 78128=7864+64=7864⋅7864 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 141 mod 227
78157
= 78128+16+8+4+1
= 78128⋅7816⋅788⋅784⋅781
≡ 141 ⋅ 102 ⋅ 97 ⋅ 209 ⋅ 78 mod 227
≡ 14382 ⋅ 97 ⋅ 209 ⋅ 78 mod 227 ≡ 81 ⋅ 97 ⋅ 209 ⋅ 78 mod 227
≡ 7857 ⋅ 209 ⋅ 78 mod 227 ≡ 139 ⋅ 209 ⋅ 78 mod 227
≡ 29051 ⋅ 78 mod 227 ≡ 222 ⋅ 78 mod 227
≡ 17316 mod 227 ≡ 64 mod 227
Es gilt also: 78157 ≡ 64 mod 227
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 24.
Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 24
| =>59 | = 2⋅24 + 11 |
| =>24 | = 2⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,24)=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= 11-5⋅2 | |||
| 2= 24-2⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(24 -2⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅24 +10⋅ 11) = -5⋅24 +11⋅ 11 (=1) |
| 11= 59-2⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅24 +11⋅(59 -2⋅ 24)
= -5⋅24 +11⋅59 -22⋅ 24) = 11⋅59 -27⋅ 24 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,24)=1 = 11⋅59 -27⋅24
oder wenn man 11⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅59 = -27⋅24
-27⋅24 = -11⋅59 + 1 |+59⋅24
-27⋅24 + 59⋅24 = -11⋅59 + 59⋅24 + 1
(-27 + 59) ⋅ 24 = (-11 + 24) ⋅ 59 + 1
32⋅24 = 13⋅59 + 1
Es gilt also: 32⋅24 = 13⋅59 +1
Somit 32⋅24 = 1 mod 59
32 ist also das Inverse von 24 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
