Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (75 - 134) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(75 - 134) mod 7 ≡ (75 mod 7 - 134 mod 7) mod 7.
75 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75
= 70
134 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 134
= 140
Somit gilt:
(75 - 134) mod 7 ≡ (5 - 1) mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 89) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(45 ⋅ 89) mod 3 ≡ (45 mod 3 ⋅ 89 mod 3) mod 3.
45 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 45 + 0 = 15 ⋅ 3 + 0 ist.
89 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 87 + 2 = 29 ⋅ 3 + 2 ist.
Somit gilt:
(45 ⋅ 89) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 57264 mod 619.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 572 -> x
2. mod(x²,619) -> 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: 5721=572
2: 5722=5721+1=5721⋅5721 ≡ 572⋅572=327184 ≡ 352 mod 619
4: 5724=5722+2=5722⋅5722 ≡ 352⋅352=123904 ≡ 104 mod 619
8: 5728=5724+4=5724⋅5724 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 293 mod 619
16: 57216=5728+8=5728⋅5728 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 427 mod 619
32: 57232=57216+16=57216⋅57216 ≡ 427⋅427=182329 ≡ 343 mod 619
64: 57264=57232+32=57232⋅57232 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 39 mod 619
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 221246 mod 571.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 246 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 246 an und zerlegen 246 in eine Summer von 2er-Potenzen:
246 = 128+64+32+16+4+2
1: 2211=221
2: 2212=2211+1=2211⋅2211 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 306 mod 571
4: 2214=2212+2=2212⋅2212 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 563 mod 571
8: 2218=2214+4=2214⋅2214 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 64 mod 571
16: 22116=2218+8=2218⋅2218 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 99 mod 571
32: 22132=22116+16=22116⋅22116 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 94 mod 571
64: 22164=22132+32=22132⋅22132 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 271 mod 571
128: 221128=22164+64=22164⋅22164 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 353 mod 571
221246
= 221128+64+32+16+4+2
= 221128⋅22164⋅22132⋅22116⋅2214⋅2212
≡ 353 ⋅ 271 ⋅ 94 ⋅ 99 ⋅ 563 ⋅ 306 mod 571
≡ 95663 ⋅ 94 ⋅ 99 ⋅ 563 ⋅ 306 mod 571 ≡ 306 ⋅ 94 ⋅ 99 ⋅ 563 ⋅ 306 mod 571
≡ 28764 ⋅ 99 ⋅ 563 ⋅ 306 mod 571 ≡ 214 ⋅ 99 ⋅ 563 ⋅ 306 mod 571
≡ 21186 ⋅ 563 ⋅ 306 mod 571 ≡ 59 ⋅ 563 ⋅ 306 mod 571
≡ 33217 ⋅ 306 mod 571 ≡ 99 ⋅ 306 mod 571
≡ 30294 mod 571 ≡ 31 mod 571
Es gilt also: 221246 ≡ 31 mod 571
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 20.
Also bestimme x, so dass 20 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 20
| =>53 | = 2⋅20 + 13 |
| =>20 | = 1⋅13 + 7 |
| =>13 | = 1⋅7 + 6 |
| =>7 | = 1⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,20)=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= 7-1⋅6 | |||
| 6= 13-1⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -1⋅(13 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅13 +1⋅ 7) = -1⋅13 +2⋅ 7 (=1) |
| 7= 20-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅13 +2⋅(20 -1⋅ 13)
= -1⋅13 +2⋅20 -2⋅ 13) = 2⋅20 -3⋅ 13 (=1) |
| 13= 53-2⋅20 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅20 -3⋅(53 -2⋅ 20)
= 2⋅20 -3⋅53 +6⋅ 20) = -3⋅53 +8⋅ 20 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,20)=1 = -3⋅53 +8⋅20
oder wenn man -3⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +3⋅53 = +8⋅20
Es gilt also: 8⋅20 = 3⋅53 +1
Somit 8⋅20 = 1 mod 53
8 ist also das Inverse von 20 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
