Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3207 - 321) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3207 - 321) mod 8 ≡ (3207 mod 8 - 321 mod 8) mod 8.
3207 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3207
= 3200
321 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 321
= 320
Somit gilt:
(3207 - 321) mod 8 ≡ (7 - 1) mod 8 ≡ 6 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (100 ⋅ 60) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(100 ⋅ 60) mod 4 ≡ (100 mod 4 ⋅ 60 mod 4) mod 4.
100 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 100 + 0 = 25 ⋅ 4 + 0 ist.
60 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60 + 0 = 15 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(100 ⋅ 60) mod 4 ≡ (0 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 469128 mod 821.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 469 -> x
2. mod(x²,821) -> 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: 4691=469
2: 4692=4691+1=4691⋅4691 ≡ 469⋅469=219961 ≡ 754 mod 821
4: 4694=4692+2=4692⋅4692 ≡ 754⋅754=568516 ≡ 384 mod 821
8: 4698=4694+4=4694⋅4694 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 497 mod 821
16: 46916=4698+8=4698⋅4698 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 709 mod 821
32: 46932=46916+16=46916⋅46916 ≡ 709⋅709=502681 ≡ 229 mod 821
64: 46964=46932+32=46932⋅46932 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 718 mod 821
128: 469128=46964+64=46964⋅46964 ≡ 718⋅718=515524 ≡ 757 mod 821
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 61562 mod 751.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 62 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 62 an und zerlegen 62 in eine Summer von 2er-Potenzen:
62 = 32+16+8+4+2
1: 6151=615
2: 6152=6151+1=6151⋅6151 ≡ 615⋅615=378225 ≡ 472 mod 751
4: 6154=6152+2=6152⋅6152 ≡ 472⋅472=222784 ≡ 488 mod 751
8: 6158=6154+4=6154⋅6154 ≡ 488⋅488=238144 ≡ 77 mod 751
16: 61516=6158+8=6158⋅6158 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 672 mod 751
32: 61532=61516+16=61516⋅61516 ≡ 672⋅672=451584 ≡ 233 mod 751
61562
= 61532+16+8+4+2
= 61532⋅61516⋅6158⋅6154⋅6152
≡ 233 ⋅ 672 ⋅ 77 ⋅ 488 ⋅ 472 mod 751
≡ 156576 ⋅ 77 ⋅ 488 ⋅ 472 mod 751 ≡ 368 ⋅ 77 ⋅ 488 ⋅ 472 mod 751
≡ 28336 ⋅ 488 ⋅ 472 mod 751 ≡ 549 ⋅ 488 ⋅ 472 mod 751
≡ 267912 ⋅ 472 mod 751 ≡ 556 ⋅ 472 mod 751
≡ 262432 mod 751 ≡ 333 mod 751
Es gilt also: 61562 ≡ 333 mod 751
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 50.
Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 50
| =>73 | = 1⋅50 + 23 |
| =>50 | = 2⋅23 + 4 |
| =>23 | = 5⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,50)=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= 23-5⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(23 -5⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅23 +5⋅ 4) = -1⋅23 +6⋅ 4 (=1) |
| 4= 50-2⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅23 +6⋅(50 -2⋅ 23)
= -1⋅23 +6⋅50 -12⋅ 23) = 6⋅50 -13⋅ 23 (=1) |
| 23= 73-1⋅50 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 6⋅50 -13⋅(73 -1⋅ 50)
= 6⋅50 -13⋅73 +13⋅ 50) = -13⋅73 +19⋅ 50 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,50)=1 = -13⋅73 +19⋅50
oder wenn man -13⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅73 = +19⋅50
Es gilt also: 19⋅50 = 13⋅73 +1
Somit 19⋅50 = 1 mod 73
19 ist also das Inverse von 50 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
