Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3000 + 12002) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3000 + 12002) mod 3 ≡ (3000 mod 3 + 12002 mod 3) mod 3.
3000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000
= 3000
12002 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12002
= 12000
Somit gilt:
(3000 + 12002) mod 3 ≡ (0 + 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 49) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(98 ⋅ 49) mod 10 ≡ (98 mod 10 ⋅ 49 mod 10) mod 10.
98 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 90 + 8 = 9 ⋅ 10 + 8 ist.
49 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 40 + 9 = 4 ⋅ 10 + 9 ist.
Somit gilt:
(98 ⋅ 49) mod 10 ≡ (8 ⋅ 9) mod 10 ≡ 72 mod 10 ≡ 2 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 43932 mod 587.
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. 439 -> x
2. mod(x²,587) -> 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: 4391=439
2: 4392=4391+1=4391⋅4391 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 185 mod 587
4: 4394=4392+2=4392⋅4392 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 179 mod 587
8: 4398=4394+4=4394⋅4394 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 343 mod 587
16: 43916=4398+8=4398⋅4398 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 249 mod 587
32: 43932=43916+16=43916⋅43916 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 366 mod 587
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 283188 mod 467.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 188 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 188 an und zerlegen 188 in eine Summer von 2er-Potenzen:
188 = 128+32+16+8+4
1: 2831=283
2: 2832=2831+1=2831⋅2831 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 232 mod 467
4: 2834=2832+2=2832⋅2832 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 119 mod 467
8: 2838=2834+4=2834⋅2834 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 151 mod 467
16: 28316=2838+8=2838⋅2838 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 385 mod 467
32: 28332=28316+16=28316⋅28316 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 186 mod 467
64: 28364=28332+32=28332⋅28332 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 38 mod 467
128: 283128=28364+64=28364⋅28364 ≡ 38⋅38=1444 ≡ 43 mod 467
283188
= 283128+32+16+8+4
= 283128⋅28332⋅28316⋅2838⋅2834
≡ 43 ⋅ 186 ⋅ 385 ⋅ 151 ⋅ 119 mod 467
≡ 7998 ⋅ 385 ⋅ 151 ⋅ 119 mod 467 ≡ 59 ⋅ 385 ⋅ 151 ⋅ 119 mod 467
≡ 22715 ⋅ 151 ⋅ 119 mod 467 ≡ 299 ⋅ 151 ⋅ 119 mod 467
≡ 45149 ⋅ 119 mod 467 ≡ 317 ⋅ 119 mod 467
≡ 37723 mod 467 ≡ 363 mod 467
Es gilt also: 283188 ≡ 363 mod 467
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 52.
Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 52
| =>61 | = 1⋅52 + 9 |
| =>52 | = 5⋅9 + 7 |
| =>9 | = 1⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,52)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 9-1⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(9 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅9 +3⋅ 7) = -3⋅9 +4⋅ 7 (=1) |
| 7= 52-5⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅9 +4⋅(52 -5⋅ 9)
= -3⋅9 +4⋅52 -20⋅ 9) = 4⋅52 -23⋅ 9 (=1) |
| 9= 61-1⋅52 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅52 -23⋅(61 -1⋅ 52)
= 4⋅52 -23⋅61 +23⋅ 52) = -23⋅61 +27⋅ 52 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,52)=1 = -23⋅61 +27⋅52
oder wenn man -23⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +23⋅61 = +27⋅52
Es gilt also: 27⋅52 = 23⋅61 +1
Somit 27⋅52 = 1 mod 61
27 ist also das Inverse von 52 mod 61
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.
