Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (4002 - 3208) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(4002 - 3208) mod 8 ≡ (4002 mod 8 - 3208 mod 8) mod 8.
4002 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4002
= 4000
3208 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3208
= 3200
Somit gilt:
(4002 - 3208) mod 8 ≡ (2 - 0) mod 8 ≡ 2 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 27) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(30 ⋅ 27) mod 11 ≡ (30 mod 11 ⋅ 27 mod 11) mod 11.
30 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 22 + 8 = 2 ⋅ 11 + 8 ist.
27 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 22 + 5 = 2 ⋅ 11 + 5 ist.
Somit gilt:
(30 ⋅ 27) mod 11 ≡ (8 ⋅ 5) mod 11 ≡ 40 mod 11 ≡ 7 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 522128 mod 787.
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. 522 -> x
2. mod(x²,787) -> 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: 5221=522
2: 5222=5221+1=5221⋅5221 ≡ 522⋅522=272484 ≡ 182 mod 787
4: 5224=5222+2=5222⋅5222 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 70 mod 787
8: 5228=5224+4=5224⋅5224 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 178 mod 787
16: 52216=5228+8=5228⋅5228 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 204 mod 787
32: 52232=52216+16=52216⋅52216 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 692 mod 787
64: 52264=52232+32=52232⋅52232 ≡ 692⋅692=478864 ≡ 368 mod 787
128: 522128=52264+64=52264⋅52264 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 60 mod 787
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 12775 mod 263.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 75 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 75 an und zerlegen 75 in eine Summer von 2er-Potenzen:
75 = 64+8+2+1
1: 1271=127
2: 1272=1271+1=1271⋅1271 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 86 mod 263
4: 1274=1272+2=1272⋅1272 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 32 mod 263
8: 1278=1274+4=1274⋅1274 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 235 mod 263
16: 12716=1278+8=1278⋅1278 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 258 mod 263
32: 12732=12716+16=12716⋅12716 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 25 mod 263
64: 12764=12732+32=12732⋅12732 ≡ 25⋅25=625 ≡ 99 mod 263
12775
= 12764+8+2+1
= 12764⋅1278⋅1272⋅1271
≡ 99 ⋅ 235 ⋅ 86 ⋅ 127 mod 263
≡ 23265 ⋅ 86 ⋅ 127 mod 263 ≡ 121 ⋅ 86 ⋅ 127 mod 263
≡ 10406 ⋅ 127 mod 263 ≡ 149 ⋅ 127 mod 263
≡ 18923 mod 263 ≡ 250 mod 263
Es gilt also: 12775 ≡ 250 mod 263
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 76.
Also bestimme x, so dass 76 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 76
| =>89 | = 1⋅76 + 13 |
| =>76 | = 5⋅13 + 11 |
| =>13 | = 1⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,76)=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= 13-1⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(13 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅13 +5⋅ 11) = -5⋅13 +6⋅ 11 (=1) |
| 11= 76-5⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅13 +6⋅(76 -5⋅ 13)
= -5⋅13 +6⋅76 -30⋅ 13) = 6⋅76 -35⋅ 13 (=1) |
| 13= 89-1⋅76 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 6⋅76 -35⋅(89 -1⋅ 76)
= 6⋅76 -35⋅89 +35⋅ 76) = -35⋅89 +41⋅ 76 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,76)=1 = -35⋅89 +41⋅76
oder wenn man -35⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +35⋅89 = +41⋅76
Es gilt also: 41⋅76 = 35⋅89 +1
Somit 41⋅76 = 1 mod 89
41 ist also das Inverse von 76 mod 89
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.
