Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (25005 + 5002) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(25005 + 5002) mod 5 ≡ (25005 mod 5 + 5002 mod 5) mod 5.
25005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25005
= 25000
5002 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5002
= 5000
Somit gilt:
(25005 + 5002) mod 5 ≡ (0 + 2) mod 5 ≡ 2 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (82 ⋅ 42) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(82 ⋅ 42) mod 4 ≡ (82 mod 4 ⋅ 42 mod 4) mod 4.
82 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 80 + 2 = 20 ⋅ 4 + 2 ist.
42 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 40 + 2 = 10 ⋅ 4 + 2 ist.
Somit gilt:
(82 ⋅ 42) mod 4 ≡ (2 ⋅ 2) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 1308 mod 433.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 130 -> x
2. mod(x²,433) -> 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: 1301=130
2: 1302=1301+1=1301⋅1301 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 13 mod 433
4: 1304=1302+2=1302⋅1302 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 433
8: 1308=1304+4=1304⋅1304 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 416 mod 433
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 787243 mod 821.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 243 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 243 an und zerlegen 243 in eine Summer von 2er-Potenzen:
243 = 128+64+32+16+2+1
1: 7871=787
2: 7872=7871+1=7871⋅7871 ≡ 787⋅787=619369 ≡ 335 mod 821
4: 7874=7872+2=7872⋅7872 ≡ 335⋅335=112225 ≡ 569 mod 821
8: 7878=7874+4=7874⋅7874 ≡ 569⋅569=323761 ≡ 287 mod 821
16: 78716=7878+8=7878⋅7878 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 269 mod 821
32: 78732=78716+16=78716⋅78716 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 113 mod 821
64: 78764=78732+32=78732⋅78732 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 454 mod 821
128: 787128=78764+64=78764⋅78764 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 45 mod 821
787243
= 787128+64+32+16+2+1
= 787128⋅78764⋅78732⋅78716⋅7872⋅7871
≡ 45 ⋅ 454 ⋅ 113 ⋅ 269 ⋅ 335 ⋅ 787 mod 821
≡ 20430 ⋅ 113 ⋅ 269 ⋅ 335 ⋅ 787 mod 821 ≡ 726 ⋅ 113 ⋅ 269 ⋅ 335 ⋅ 787 mod 821
≡ 82038 ⋅ 269 ⋅ 335 ⋅ 787 mod 821 ≡ 759 ⋅ 269 ⋅ 335 ⋅ 787 mod 821
≡ 204171 ⋅ 335 ⋅ 787 mod 821 ≡ 563 ⋅ 335 ⋅ 787 mod 821
≡ 188605 ⋅ 787 mod 821 ≡ 596 ⋅ 787 mod 821
≡ 469052 mod 821 ≡ 261 mod 821
Es gilt also: 787243 ≡ 261 mod 821
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 44.
Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 44
| =>67 | = 1⋅44 + 23 |
| =>44 | = 1⋅23 + 21 |
| =>23 | = 1⋅21 + 2 |
| =>21 | = 10⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,44)=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= 21-10⋅2 | |||
| 2= 23-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -10⋅(23 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -10⋅23 +10⋅ 21) = -10⋅23 +11⋅ 21 (=1) |
| 21= 44-1⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -10⋅23 +11⋅(44 -1⋅ 23)
= -10⋅23 +11⋅44 -11⋅ 23) = 11⋅44 -21⋅ 23 (=1) |
| 23= 67-1⋅44 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 11⋅44 -21⋅(67 -1⋅ 44)
= 11⋅44 -21⋅67 +21⋅ 44) = -21⋅67 +32⋅ 44 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,44)=1 = -21⋅67 +32⋅44
oder wenn man -21⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +21⋅67 = +32⋅44
Es gilt also: 32⋅44 = 21⋅67 +1
Somit 32⋅44 = 1 mod 67
32 ist also das Inverse von 44 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
