Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3501 - 1399) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3501 - 1399) mod 7 ≡ (3501 mod 7 - 1399 mod 7) mod 7.
3501 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3501
= 3500
1399 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1399
= 1400
Somit gilt:
(3501 - 1399) mod 7 ≡ (1 - 6) mod 7 ≡ -5 mod 7 ≡ 2 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (82 ⋅ 28) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(82 ⋅ 28) mod 8 ≡ (82 mod 8 ⋅ 28 mod 8) mod 8.
82 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 80 + 2 = 10 ⋅ 8 + 2 ist.
28 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 24 + 4 = 3 ⋅ 8 + 4 ist.
Somit gilt:
(82 ⋅ 28) mod 8 ≡ (2 ⋅ 4) mod 8 ≡ 8 mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 84128 mod 239.
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. 84 -> x
2. mod(x²,239) -> 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: 841=84
2: 842=841+1=841⋅841 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 125 mod 239
4: 844=842+2=842⋅842 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 90 mod 239
8: 848=844+4=844⋅844 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 213 mod 239
16: 8416=848+8=848⋅848 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 198 mod 239
32: 8432=8416+16=8416⋅8416 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 8 mod 239
64: 8464=8432+32=8432⋅8432 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 239
128: 84128=8464+64=8464⋅8464 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 33 mod 239
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 261253 mod 281.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 253 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 253 an und zerlegen 253 in eine Summer von 2er-Potenzen:
253 = 128+64+32+16+8+4+1
1: 2611=261
2: 2612=2611+1=2611⋅2611 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 119 mod 281
4: 2614=2612+2=2612⋅2612 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 111 mod 281
8: 2618=2614+4=2614⋅2614 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 238 mod 281
16: 26116=2618+8=2618⋅2618 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 163 mod 281
32: 26132=26116+16=26116⋅26116 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 155 mod 281
64: 26164=26132+32=26132⋅26132 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 140 mod 281
128: 261128=26164+64=26164⋅26164 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 211 mod 281
261253
= 261128+64+32+16+8+4+1
= 261128⋅26164⋅26132⋅26116⋅2618⋅2614⋅2611
≡ 211 ⋅ 140 ⋅ 155 ⋅ 163 ⋅ 238 ⋅ 111 ⋅ 261 mod 281
≡ 29540 ⋅ 155 ⋅ 163 ⋅ 238 ⋅ 111 ⋅ 261 mod 281 ≡ 35 ⋅ 155 ⋅ 163 ⋅ 238 ⋅ 111 ⋅ 261 mod 281
≡ 5425 ⋅ 163 ⋅ 238 ⋅ 111 ⋅ 261 mod 281 ≡ 86 ⋅ 163 ⋅ 238 ⋅ 111 ⋅ 261 mod 281
≡ 14018 ⋅ 238 ⋅ 111 ⋅ 261 mod 281 ≡ 249 ⋅ 238 ⋅ 111 ⋅ 261 mod 281
≡ 59262 ⋅ 111 ⋅ 261 mod 281 ≡ 252 ⋅ 111 ⋅ 261 mod 281
≡ 27972 ⋅ 261 mod 281 ≡ 153 ⋅ 261 mod 281
≡ 39933 mod 281 ≡ 31 mod 281
Es gilt also: 261253 ≡ 31 mod 281
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 27.
Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 27
| =>79 | = 2⋅27 + 25 |
| =>27 | = 1⋅25 + 2 |
| =>25 | = 12⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,27)=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= 25-12⋅2 | |||
| 2= 27-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -12⋅(27 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -12⋅27 +12⋅ 25) = -12⋅27 +13⋅ 25 (=1) |
| 25= 79-2⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -12⋅27 +13⋅(79 -2⋅ 27)
= -12⋅27 +13⋅79 -26⋅ 27) = 13⋅79 -38⋅ 27 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,27)=1 = 13⋅79 -38⋅27
oder wenn man 13⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅79 = -38⋅27
-38⋅27 = -13⋅79 + 1 |+79⋅27
-38⋅27 + 79⋅27 = -13⋅79 + 79⋅27 + 1
(-38 + 79) ⋅ 27 = (-13 + 27) ⋅ 79 + 1
41⋅27 = 14⋅79 + 1
Es gilt also: 41⋅27 = 14⋅79 +1
Somit 41⋅27 = 1 mod 79
41 ist also das Inverse von 27 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
