Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (116 + 7998) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(116 + 7998) mod 4 ≡ (116 mod 4 + 7998 mod 4) mod 4.
116 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 116
= 120
7998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7998
= 7000
Somit gilt:
(116 + 7998) mod 4 ≡ (0 + 2) mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (35 ⋅ 80) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(35 ⋅ 80) mod 7 ≡ (35 mod 7 ⋅ 80 mod 7) mod 7.
35 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 35 + 0 = 5 ⋅ 7 + 0 ist.
80 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 77 + 3 = 11 ⋅ 7 + 3 ist.
Somit gilt:
(35 ⋅ 80) mod 7 ≡ (0 ⋅ 3) mod 7 ≡ 0 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 47716 mod 661.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 477 -> x
2. mod(x²,661) -> 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: 4771=477
2: 4772=4771+1=4771⋅4771 ≡ 477⋅477=227529 ≡ 145 mod 661
4: 4774=4772+2=4772⋅4772 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 534 mod 661
8: 4778=4774+4=4774⋅4774 ≡ 534⋅534=285156 ≡ 265 mod 661
16: 47716=4778+8=4778⋅4778 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 159 mod 661
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 623250 mod 631.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 250 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 250 an und zerlegen 250 in eine Summer von 2er-Potenzen:
250 = 128+64+32+16+8+2
1: 6231=623
2: 6232=6231+1=6231⋅6231 ≡ 623⋅623=388129 ≡ 64 mod 631
4: 6234=6232+2=6232⋅6232 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 310 mod 631
8: 6238=6234+4=6234⋅6234 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 188 mod 631
16: 62316=6238+8=6238⋅6238 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 8 mod 631
32: 62332=62316+16=62316⋅62316 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 631
64: 62364=62332+32=62332⋅62332 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 310 mod 631
128: 623128=62364+64=62364⋅62364 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 188 mod 631
623250
= 623128+64+32+16+8+2
= 623128⋅62364⋅62332⋅62316⋅6238⋅6232
≡ 188 ⋅ 310 ⋅ 64 ⋅ 8 ⋅ 188 ⋅ 64 mod 631
≡ 58280 ⋅ 64 ⋅ 8 ⋅ 188 ⋅ 64 mod 631 ≡ 228 ⋅ 64 ⋅ 8 ⋅ 188 ⋅ 64 mod 631
≡ 14592 ⋅ 8 ⋅ 188 ⋅ 64 mod 631 ≡ 79 ⋅ 8 ⋅ 188 ⋅ 64 mod 631
≡ 632 ⋅ 188 ⋅ 64 mod 631 ≡ 1 ⋅ 188 ⋅ 64 mod 631
≡ 188 ⋅ 64 mod 631
≡ 12032 mod 631 ≡ 43 mod 631
Es gilt also: 623250 ≡ 43 mod 631
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 56.
Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 56
| =>79 | = 1⋅56 + 23 |
| =>56 | = 2⋅23 + 10 |
| =>23 | = 2⋅10 + 3 |
| =>10 | = 3⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,56)=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= 10-3⋅3 | |||
| 3= 23-2⋅10 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅10 -3⋅(23 -2⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅23 +6⋅ 10) = -3⋅23 +7⋅ 10 (=1) |
| 10= 56-2⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅23 +7⋅(56 -2⋅ 23)
= -3⋅23 +7⋅56 -14⋅ 23) = 7⋅56 -17⋅ 23 (=1) |
| 23= 79-1⋅56 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅56 -17⋅(79 -1⋅ 56)
= 7⋅56 -17⋅79 +17⋅ 56) = -17⋅79 +24⋅ 56 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,56)=1 = -17⋅79 +24⋅56
oder wenn man -17⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +17⋅79 = +24⋅56
Es gilt also: 24⋅56 = 17⋅79 +1
Somit 24⋅56 = 1 mod 79
24 ist also das Inverse von 56 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
