Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1502 + 147) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1502 + 147) mod 3 ≡ (1502 mod 3 + 147 mod 3) mod 3.
1502 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1502
= 1500
147 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 147
= 150
Somit gilt:
(1502 + 147) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 62) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23 ⋅ 62) mod 5 ≡ (23 mod 5 ⋅ 62 mod 5) mod 5.
23 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 20 + 3 = 4 ⋅ 5 + 3 ist.
62 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60 + 2 = 12 ⋅ 5 + 2 ist.
Somit gilt:
(23 ⋅ 62) mod 5 ≡ (3 ⋅ 2) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 67716 mod 757.
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. 677 -> x
2. mod(x²,757) -> 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: 6771=677
2: 6772=6771+1=6771⋅6771 ≡ 677⋅677=458329 ≡ 344 mod 757
4: 6774=6772+2=6772⋅6772 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 244 mod 757
8: 6778=6774+4=6774⋅6774 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 490 mod 757
16: 67716=6778+8=6778⋅6778 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 131 mod 757
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 383111 mod 499.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 111 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 111 an und zerlegen 111 in eine Summer von 2er-Potenzen:
111 = 64+32+8+4+2+1
1: 3831=383
2: 3832=3831+1=3831⋅3831 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 482 mod 499
4: 3834=3832+2=3832⋅3832 ≡ 482⋅482=232324 ≡ 289 mod 499
8: 3838=3834+4=3834⋅3834 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 188 mod 499
16: 38316=3838+8=3838⋅3838 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 414 mod 499
32: 38332=38316+16=38316⋅38316 ≡ 414⋅414=171396 ≡ 239 mod 499
64: 38364=38332+32=38332⋅38332 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 235 mod 499
383111
= 38364+32+8+4+2+1
= 38364⋅38332⋅3838⋅3834⋅3832⋅3831
≡ 235 ⋅ 239 ⋅ 188 ⋅ 289 ⋅ 482 ⋅ 383 mod 499
≡ 56165 ⋅ 188 ⋅ 289 ⋅ 482 ⋅ 383 mod 499 ≡ 277 ⋅ 188 ⋅ 289 ⋅ 482 ⋅ 383 mod 499
≡ 52076 ⋅ 289 ⋅ 482 ⋅ 383 mod 499 ≡ 180 ⋅ 289 ⋅ 482 ⋅ 383 mod 499
≡ 52020 ⋅ 482 ⋅ 383 mod 499 ≡ 124 ⋅ 482 ⋅ 383 mod 499
≡ 59768 ⋅ 383 mod 499 ≡ 387 ⋅ 383 mod 499
≡ 148221 mod 499 ≡ 18 mod 499
Es gilt also: 383111 ≡ 18 mod 499
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 66.
Also bestimme x, so dass 66 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 66
| =>97 | = 1⋅66 + 31 |
| =>66 | = 2⋅31 + 4 |
| =>31 | = 7⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,66)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 31-7⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(31 -7⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅31 +7⋅ 4) = -1⋅31 +8⋅ 4 (=1) |
| 4= 66-2⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅31 +8⋅(66 -2⋅ 31)
= -1⋅31 +8⋅66 -16⋅ 31) = 8⋅66 -17⋅ 31 (=1) |
| 31= 97-1⋅66 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 8⋅66 -17⋅(97 -1⋅ 66)
= 8⋅66 -17⋅97 +17⋅ 66) = -17⋅97 +25⋅ 66 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,66)=1 = -17⋅97 +25⋅66
oder wenn man -17⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +17⋅97 = +25⋅66
Es gilt also: 25⋅66 = 17⋅97 +1
Somit 25⋅66 = 1 mod 97
25 ist also das Inverse von 66 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
