Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (18005 - 18004) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(18005 - 18004) mod 6 ≡ (18005 mod 6 - 18004 mod 6) mod 6.
18005 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18005
= 18000
18004 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18004
= 18000
Somit gilt:
(18005 - 18004) mod 6 ≡ (5 - 4) mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 74) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(65 ⋅ 74) mod 3 ≡ (65 mod 3 ⋅ 74 mod 3) mod 3.
65 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 63 + 2 = 21 ⋅ 3 + 2 ist.
74 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 24 ⋅ 3 + 2 ist.
Somit gilt:
(65 ⋅ 74) mod 3 ≡ (2 ⋅ 2) mod 3 ≡ 4 mod 3 ≡ 1 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 2328 mod 353.
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. 232 -> x
2. mod(x²,353) -> 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: 2321=232
2: 2322=2321+1=2321⋅2321 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 168 mod 353
4: 2324=2322+2=2322⋅2322 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 337 mod 353
8: 2328=2324+4=2324⋅2324 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 256 mod 353
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 433247 mod 613.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 247 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 247 an und zerlegen 247 in eine Summer von 2er-Potenzen:
247 = 128+64+32+16+4+2+1
1: 4331=433
2: 4332=4331+1=4331⋅4331 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 524 mod 613
4: 4334=4332+2=4332⋅4332 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 565 mod 613
8: 4338=4334+4=4334⋅4334 ≡ 565⋅565=319225 ≡ 465 mod 613
16: 43316=4338+8=4338⋅4338 ≡ 465⋅465=216225 ≡ 449 mod 613
32: 43332=43316+16=43316⋅43316 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 537 mod 613
64: 43364=43332+32=43332⋅43332 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 259 mod 613
128: 433128=43364+64=43364⋅43364 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 264 mod 613
433247
= 433128+64+32+16+4+2+1
= 433128⋅43364⋅43332⋅43316⋅4334⋅4332⋅4331
≡ 264 ⋅ 259 ⋅ 537 ⋅ 449 ⋅ 565 ⋅ 524 ⋅ 433 mod 613
≡ 68376 ⋅ 537 ⋅ 449 ⋅ 565 ⋅ 524 ⋅ 433 mod 613 ≡ 333 ⋅ 537 ⋅ 449 ⋅ 565 ⋅ 524 ⋅ 433 mod 613
≡ 178821 ⋅ 449 ⋅ 565 ⋅ 524 ⋅ 433 mod 613 ≡ 438 ⋅ 449 ⋅ 565 ⋅ 524 ⋅ 433 mod 613
≡ 196662 ⋅ 565 ⋅ 524 ⋅ 433 mod 613 ≡ 502 ⋅ 565 ⋅ 524 ⋅ 433 mod 613
≡ 283630 ⋅ 524 ⋅ 433 mod 613 ≡ 424 ⋅ 524 ⋅ 433 mod 613
≡ 222176 ⋅ 433 mod 613 ≡ 270 ⋅ 433 mod 613
≡ 116910 mod 613 ≡ 440 mod 613
Es gilt also: 433247 ≡ 440 mod 613
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 23.
Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 23
| =>61 | = 2⋅23 + 15 |
| =>23 | = 1⋅15 + 8 |
| =>15 | = 1⋅8 + 7 |
| =>8 | = 1⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,23)=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= 8-1⋅7 | |||
| 7= 15-1⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅8 -1⋅(15 -1⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅15 +1⋅ 8) = -1⋅15 +2⋅ 8 (=1) |
| 8= 23-1⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅15 +2⋅(23 -1⋅ 15)
= -1⋅15 +2⋅23 -2⋅ 15) = 2⋅23 -3⋅ 15 (=1) |
| 15= 61-2⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅23 -3⋅(61 -2⋅ 23)
= 2⋅23 -3⋅61 +6⋅ 23) = -3⋅61 +8⋅ 23 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,23)=1 = -3⋅61 +8⋅23
oder wenn man -3⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +3⋅61 = +8⋅23
Es gilt also: 8⋅23 = 3⋅61 +1
Somit 8⋅23 = 1 mod 61
8 ist also das Inverse von 23 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
