Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (14999 + 300) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(14999 + 300) mod 3 ≡ (14999 mod 3 + 300 mod 3) mod 3.
14999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14999
= 15000
300 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 300
= 300
Somit gilt:
(14999 + 300) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (57 ⋅ 81) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(57 ⋅ 81) mod 3 ≡ (57 mod 3 ⋅ 81 mod 3) mod 3.
57 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 57 + 0 = 19 ⋅ 3 + 0 ist.
81 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 81 + 0 = 27 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(57 ⋅ 81) mod 3 ≡ (0 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 70232 mod 823.
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. 702 -> x
2. mod(x²,823) -> 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: 7021=702
2: 7022=7021+1=7021⋅7021 ≡ 702⋅702=492804 ≡ 650 mod 823
4: 7024=7022+2=7022⋅7022 ≡ 650⋅650=422500 ≡ 301 mod 823
8: 7028=7024+4=7024⋅7024 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 71 mod 823
16: 70216=7028+8=7028⋅7028 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 103 mod 823
32: 70232=70216+16=70216⋅70216 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 733 mod 823
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 36887 mod 523.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 87 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 87 an und zerlegen 87 in eine Summer von 2er-Potenzen:
87 = 64+16+4+2+1
1: 3681=368
2: 3682=3681+1=3681⋅3681 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 490 mod 523
4: 3684=3682+2=3682⋅3682 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 43 mod 523
8: 3688=3684+4=3684⋅3684 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 280 mod 523
16: 36816=3688+8=3688⋅3688 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 473 mod 523
32: 36832=36816+16=36816⋅36816 ≡ 473⋅473=223729 ≡ 408 mod 523
64: 36864=36832+32=36832⋅36832 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 150 mod 523
36887
= 36864+16+4+2+1
= 36864⋅36816⋅3684⋅3682⋅3681
≡ 150 ⋅ 473 ⋅ 43 ⋅ 490 ⋅ 368 mod 523
≡ 70950 ⋅ 43 ⋅ 490 ⋅ 368 mod 523 ≡ 345 ⋅ 43 ⋅ 490 ⋅ 368 mod 523
≡ 14835 ⋅ 490 ⋅ 368 mod 523 ≡ 191 ⋅ 490 ⋅ 368 mod 523
≡ 93590 ⋅ 368 mod 523 ≡ 496 ⋅ 368 mod 523
≡ 182528 mod 523 ≡ 1 mod 523
Es gilt also: 36887 ≡ 1 mod 523
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 45
| =>61 | = 1⋅45 + 16 |
| =>45 | = 2⋅16 + 13 |
| =>16 | = 1⋅13 + 3 |
| =>13 | = 4⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,45)=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= 13-4⋅3 | |||
| 3= 16-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -4⋅(16 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅16 +4⋅ 13) = -4⋅16 +5⋅ 13 (=1) |
| 13= 45-2⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅16 +5⋅(45 -2⋅ 16)
= -4⋅16 +5⋅45 -10⋅ 16) = 5⋅45 -14⋅ 16 (=1) |
| 16= 61-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅45 -14⋅(61 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -14⋅61 +14⋅ 45) = -14⋅61 +19⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,45)=1 = -14⋅61 +19⋅45
oder wenn man -14⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +14⋅61 = +19⋅45
Es gilt also: 19⋅45 = 14⋅61 +1
Somit 19⋅45 = 1 mod 61
19 ist also das Inverse von 45 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
