Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (7007 - 27999) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(7007 - 27999) mod 7 ≡ (7007 mod 7 - 27999 mod 7) mod 7.
7007 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7007
= 7000
27999 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27999
= 28000
Somit gilt:
(7007 - 27999) mod 7 ≡ (0 - 6) mod 7 ≡ -6 mod 7 ≡ 1 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (17 ⋅ 34) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(17 ⋅ 34) mod 5 ≡ (17 mod 5 ⋅ 34 mod 5) mod 5.
17 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 15 + 2 = 3 ⋅ 5 + 2 ist.
34 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 30 + 4 = 6 ⋅ 5 + 4 ist.
Somit gilt:
(17 ⋅ 34) mod 5 ≡ (2 ⋅ 4) mod 5 ≡ 8 mod 5 ≡ 3 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 56532 mod 613.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 565 -> x
2. mod(x²,613) -> 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: 5651=565
2: 5652=5651+1=5651⋅5651 ≡ 565⋅565=319225 ≡ 465 mod 613
4: 5654=5652+2=5652⋅5652 ≡ 465⋅465=216225 ≡ 449 mod 613
8: 5658=5654+4=5654⋅5654 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 537 mod 613
16: 56516=5658+8=5658⋅5658 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 259 mod 613
32: 56532=56516+16=56516⋅56516 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 264 mod 613
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 227117 mod 431.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 117 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 117 an und zerlegen 117 in eine Summer von 2er-Potenzen:
117 = 64+32+16+4+1
1: 2271=227
2: 2272=2271+1=2271⋅2271 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 240 mod 431
4: 2274=2272+2=2272⋅2272 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 277 mod 431
8: 2278=2274+4=2274⋅2274 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 11 mod 431
16: 22716=2278+8=2278⋅2278 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 431
32: 22732=22716+16=22716⋅22716 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 418 mod 431
64: 22764=22732+32=22732⋅22732 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 169 mod 431
227117
= 22764+32+16+4+1
= 22764⋅22732⋅22716⋅2274⋅2271
≡ 169 ⋅ 418 ⋅ 121 ⋅ 277 ⋅ 227 mod 431
≡ 70642 ⋅ 121 ⋅ 277 ⋅ 227 mod 431 ≡ 389 ⋅ 121 ⋅ 277 ⋅ 227 mod 431
≡ 47069 ⋅ 277 ⋅ 227 mod 431 ≡ 90 ⋅ 277 ⋅ 227 mod 431
≡ 24930 ⋅ 227 mod 431 ≡ 363 ⋅ 227 mod 431
≡ 82401 mod 431 ≡ 80 mod 431
Es gilt also: 227117 ≡ 80 mod 431
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 52.
Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 52
=>97 | = 1⋅52 + 45 |
=>52 | = 1⋅45 + 7 |
=>45 | = 6⋅7 + 3 |
=>7 | = 2⋅3 + 1 |
=>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,52)=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= 7-2⋅3 | |||
3= 45-6⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(45 -6⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅45 +12⋅ 7) = -2⋅45 +13⋅ 7 (=1) |
7= 52-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅45 +13⋅(52 -1⋅ 45)
= -2⋅45 +13⋅52 -13⋅ 45) = 13⋅52 -15⋅ 45 (=1) |
45= 97-1⋅52 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅52 -15⋅(97 -1⋅ 52)
= 13⋅52 -15⋅97 +15⋅ 52) = -15⋅97 +28⋅ 52 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,52)=1 = -15⋅97 +28⋅52
oder wenn man -15⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +15⋅97 = +28⋅52
Es gilt also: 28⋅52 = 15⋅97 +1
Somit 28⋅52 = 1 mod 97
28 ist also das Inverse von 52 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.