Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (39992 + 23992) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(39992 + 23992) mod 8 ≡ (39992 mod 8 + 23992 mod 8) mod 8.
39992 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39992
= 39000
23992 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23992
= 23000
Somit gilt:
(39992 + 23992) mod 8 ≡ (0 + 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (16 ⋅ 55) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(16 ⋅ 55) mod 4 ≡ (16 mod 4 ⋅ 55 mod 4) mod 4.
16 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 16 + 0 = 4 ⋅ 4 + 0 ist.
55 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 52 + 3 = 13 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(16 ⋅ 55) mod 4 ≡ (0 ⋅ 3) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 19664 mod 541.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 196 -> x
2. mod(x²,541) -> 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: 1961=196
2: 1962=1961+1=1961⋅1961 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 5 mod 541
4: 1964=1962+2=1962⋅1962 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 541
8: 1968=1964+4=1964⋅1964 ≡ 25⋅25=625 ≡ 84 mod 541
16: 19616=1968+8=1968⋅1968 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 23 mod 541
32: 19632=19616+16=19616⋅19616 ≡ 23⋅23=529 ≡ 529 mod 541
64: 19664=19632+32=19632⋅19632 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 144 mod 541
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 685217 mod 757.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 217 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 217 an und zerlegen 217 in eine Summer von 2er-Potenzen:
217 = 128+64+16+8+1
1: 6851=685
2: 6852=6851+1=6851⋅6851 ≡ 685⋅685=469225 ≡ 642 mod 757
4: 6854=6852+2=6852⋅6852 ≡ 642⋅642=412164 ≡ 356 mod 757
8: 6858=6854+4=6854⋅6854 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 317 mod 757
16: 68516=6858+8=6858⋅6858 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 565 mod 757
32: 68532=68516+16=68516⋅68516 ≡ 565⋅565=319225 ≡ 528 mod 757
64: 68564=68532+32=68532⋅68532 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 208 mod 757
128: 685128=68564+64=68564⋅68564 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 115 mod 757
685217
= 685128+64+16+8+1
= 685128⋅68564⋅68516⋅6858⋅6851
≡ 115 ⋅ 208 ⋅ 565 ⋅ 317 ⋅ 685 mod 757
≡ 23920 ⋅ 565 ⋅ 317 ⋅ 685 mod 757 ≡ 453 ⋅ 565 ⋅ 317 ⋅ 685 mod 757
≡ 255945 ⋅ 317 ⋅ 685 mod 757 ≡ 79 ⋅ 317 ⋅ 685 mod 757
≡ 25043 ⋅ 685 mod 757 ≡ 62 ⋅ 685 mod 757
≡ 42470 mod 757 ≡ 78 mod 757
Es gilt also: 685217 ≡ 78 mod 757
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 28.
Also bestimme x, so dass 28 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 28
| =>53 | = 1⋅28 + 25 |
| =>28 | = 1⋅25 + 3 |
| =>25 | = 8⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,28)=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= 25-8⋅3 | |||
| 3= 28-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -8⋅(28 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -8⋅28 +8⋅ 25) = -8⋅28 +9⋅ 25 (=1) |
| 25= 53-1⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -8⋅28 +9⋅(53 -1⋅ 28)
= -8⋅28 +9⋅53 -9⋅ 28) = 9⋅53 -17⋅ 28 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,28)=1 = 9⋅53 -17⋅28
oder wenn man 9⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅53 = -17⋅28
-17⋅28 = -9⋅53 + 1 |+53⋅28
-17⋅28 + 53⋅28 = -9⋅53 + 53⋅28 + 1
(-17 + 53) ⋅ 28 = (-9 + 28) ⋅ 53 + 1
36⋅28 = 19⋅53 + 1
Es gilt also: 36⋅28 = 19⋅53 +1
Somit 36⋅28 = 1 mod 53
36 ist also das Inverse von 28 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
