Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (801 - 798) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(801 - 798) mod 4 ≡ (801 mod 4 - 798 mod 4) mod 4.
801 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 801
= 800
798 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 798
= 700
Somit gilt:
(801 - 798) mod 4 ≡ (1 - 2) mod 4 ≡ -1 mod 4 ≡ 3 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (75 ⋅ 50) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(75 ⋅ 50) mod 5 ≡ (75 mod 5 ⋅ 50 mod 5) mod 5.
75 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 75 + 0 = 15 ⋅ 5 + 0 ist.
50 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 50 + 0 = 10 ⋅ 5 + 0 ist.
Somit gilt:
(75 ⋅ 50) mod 5 ≡ (0 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 34432 mod 509.
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. 344 -> 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: 3441=344
2: 3442=3441+1=3441⋅3441 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 248 mod 509
4: 3444=3442+2=3442⋅3442 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 424 mod 509
8: 3448=3444+4=3444⋅3444 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 99 mod 509
16: 34416=3448+8=3448⋅3448 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 130 mod 509
32: 34432=34416+16=34416⋅34416 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 103 mod 509
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 318122 mod 521.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 122 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 122 an und zerlegen 122 in eine Summer von 2er-Potenzen:
122 = 64+32+16+8+2
1: 3181=318
2: 3182=3181+1=3181⋅3181 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 50 mod 521
4: 3184=3182+2=3182⋅3182 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 416 mod 521
8: 3188=3184+4=3184⋅3184 ≡ 416⋅416=173056 ≡ 84 mod 521
16: 31816=3188+8=3188⋅3188 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 283 mod 521
32: 31832=31816+16=31816⋅31816 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 376 mod 521
64: 31864=31832+32=31832⋅31832 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 185 mod 521
318122
= 31864+32+16+8+2
= 31864⋅31832⋅31816⋅3188⋅3182
≡ 185 ⋅ 376 ⋅ 283 ⋅ 84 ⋅ 50 mod 521
≡ 69560 ⋅ 283 ⋅ 84 ⋅ 50 mod 521 ≡ 267 ⋅ 283 ⋅ 84 ⋅ 50 mod 521
≡ 75561 ⋅ 84 ⋅ 50 mod 521 ≡ 16 ⋅ 84 ⋅ 50 mod 521
≡ 1344 ⋅ 50 mod 521 ≡ 302 ⋅ 50 mod 521
≡ 15100 mod 521 ≡ 512 mod 521
Es gilt also: 318122 ≡ 512 mod 521
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 25.
Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 25
| =>73 | = 2⋅25 + 23 |
| =>25 | = 1⋅23 + 2 |
| =>23 | = 11⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,25)=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= 23-11⋅2 | |||
| 2= 25-1⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅23 -11⋅(25 -1⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅25 +11⋅ 23) = -11⋅25 +12⋅ 23 (=1) |
| 23= 73-2⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -11⋅25 +12⋅(73 -2⋅ 25)
= -11⋅25 +12⋅73 -24⋅ 25) = 12⋅73 -35⋅ 25 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,25)=1 = 12⋅73 -35⋅25
oder wenn man 12⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 -12⋅73 = -35⋅25
-35⋅25 = -12⋅73 + 1 |+73⋅25
-35⋅25 + 73⋅25 = -12⋅73 + 73⋅25 + 1
(-35 + 73) ⋅ 25 = (-12 + 25) ⋅ 73 + 1
38⋅25 = 13⋅73 + 1
Es gilt also: 38⋅25 = 13⋅73 +1
Somit 38⋅25 = 1 mod 73
38 ist also das Inverse von 25 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
