Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (6993 - 704) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(6993 - 704) mod 7 ≡ (6993 mod 7 - 704 mod 7) mod 7.
6993 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6993
= 7000
704 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 704
= 700
Somit gilt:
(6993 - 704) mod 7 ≡ (0 - 4) mod 7 ≡ -4 mod 7 ≡ 3 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (31 ⋅ 25) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(31 ⋅ 25) mod 3 ≡ (31 mod 3 ⋅ 25 mod 3) mod 3.
31 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 30 + 1 = 10 ⋅ 3 + 1 ist.
25 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 24 + 1 = 8 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(31 ⋅ 25) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 44816 mod 773.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 448 -> x
2. mod(x²,773) -> 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: 4481=448
2: 4482=4481+1=4481⋅4481 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 497 mod 773
4: 4484=4482+2=4482⋅4482 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 422 mod 773
8: 4488=4484+4=4484⋅4484 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 294 mod 773
16: 44816=4488+8=4488⋅4488 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 633 mod 773
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 14195 mod 421.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 95 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 95 an und zerlegen 95 in eine Summer von 2er-Potenzen:
95 = 64+16+8+4+2+1
1: 1411=141
2: 1412=1411+1=1411⋅1411 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 94 mod 421
4: 1414=1412+2=1412⋅1412 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 416 mod 421
8: 1418=1414+4=1414⋅1414 ≡ 416⋅416=173056 ≡ 25 mod 421
16: 14116=1418+8=1418⋅1418 ≡ 25⋅25=625 ≡ 204 mod 421
32: 14132=14116+16=14116⋅14116 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 358 mod 421
64: 14164=14132+32=14132⋅14132 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 180 mod 421
14195
= 14164+16+8+4+2+1
= 14164⋅14116⋅1418⋅1414⋅1412⋅1411
≡ 180 ⋅ 204 ⋅ 25 ⋅ 416 ⋅ 94 ⋅ 141 mod 421
≡ 36720 ⋅ 25 ⋅ 416 ⋅ 94 ⋅ 141 mod 421 ≡ 93 ⋅ 25 ⋅ 416 ⋅ 94 ⋅ 141 mod 421
≡ 2325 ⋅ 416 ⋅ 94 ⋅ 141 mod 421 ≡ 220 ⋅ 416 ⋅ 94 ⋅ 141 mod 421
≡ 91520 ⋅ 94 ⋅ 141 mod 421 ≡ 163 ⋅ 94 ⋅ 141 mod 421
≡ 15322 ⋅ 141 mod 421 ≡ 166 ⋅ 141 mod 421
≡ 23406 mod 421 ≡ 251 mod 421
Es gilt also: 14195 ≡ 251 mod 421
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 56.
Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 56
| =>59 | = 1⋅56 + 3 |
| =>56 | = 18⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,56)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 56-18⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(56 -18⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅56 +18⋅ 3) = -1⋅56 +19⋅ 3 (=1) |
| 3= 59-1⋅56 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅56 +19⋅(59 -1⋅ 56)
= -1⋅56 +19⋅59 -19⋅ 56) = 19⋅59 -20⋅ 56 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,56)=1 = 19⋅59 -20⋅56
oder wenn man 19⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -19⋅59 = -20⋅56
-20⋅56 = -19⋅59 + 1 |+59⋅56
-20⋅56 + 59⋅56 = -19⋅59 + 59⋅56 + 1
(-20 + 59) ⋅ 56 = (-19 + 56) ⋅ 59 + 1
39⋅56 = 37⋅59 + 1
Es gilt also: 39⋅56 = 37⋅59 +1
Somit 39⋅56 = 1 mod 59
39 ist also das Inverse von 56 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
