Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (26991 - 355) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(26991 - 355) mod 9 ≡ (26991 mod 9 - 355 mod 9) mod 9.
26991 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26991
= 27000
355 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 355
= 360
Somit gilt:
(26991 - 355) mod 9 ≡ (0 - 4) mod 9 ≡ -4 mod 9 ≡ 5 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 40) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(30 ⋅ 40) mod 3 ≡ (30 mod 3 ⋅ 40 mod 3) mod 3.
30 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 30 + 0 = 10 ⋅ 3 + 0 ist.
40 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 39 + 1 = 13 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(30 ⋅ 40) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 11064 mod 233.
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. 110 -> x
2. mod(x²,233) -> 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: 1101=110
2: 1102=1101+1=1101⋅1101 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 217 mod 233
4: 1104=1102+2=1102⋅1102 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 23 mod 233
8: 1108=1104+4=1104⋅1104 ≡ 23⋅23=529 ≡ 63 mod 233
16: 11016=1108+8=1108⋅1108 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 8 mod 233
32: 11032=11016+16=11016⋅11016 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 233
64: 11064=11032+32=11032⋅11032 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 135 mod 233
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 253183 mod 599.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 183 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 183 an und zerlegen 183 in eine Summer von 2er-Potenzen:
183 = 128+32+16+4+2+1
1: 2531=253
2: 2532=2531+1=2531⋅2531 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 515 mod 599
4: 2534=2532+2=2532⋅2532 ≡ 515⋅515=265225 ≡ 467 mod 599
8: 2538=2534+4=2534⋅2534 ≡ 467⋅467=218089 ≡ 53 mod 599
16: 25316=2538+8=2538⋅2538 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 413 mod 599
32: 25332=25316+16=25316⋅25316 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 453 mod 599
64: 25364=25332+32=25332⋅25332 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 351 mod 599
128: 253128=25364+64=25364⋅25364 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 406 mod 599
253183
= 253128+32+16+4+2+1
= 253128⋅25332⋅25316⋅2534⋅2532⋅2531
≡ 406 ⋅ 453 ⋅ 413 ⋅ 467 ⋅ 515 ⋅ 253 mod 599
≡ 183918 ⋅ 413 ⋅ 467 ⋅ 515 ⋅ 253 mod 599 ≡ 25 ⋅ 413 ⋅ 467 ⋅ 515 ⋅ 253 mod 599
≡ 10325 ⋅ 467 ⋅ 515 ⋅ 253 mod 599 ≡ 142 ⋅ 467 ⋅ 515 ⋅ 253 mod 599
≡ 66314 ⋅ 515 ⋅ 253 mod 599 ≡ 424 ⋅ 515 ⋅ 253 mod 599
≡ 218360 ⋅ 253 mod 599 ≡ 324 ⋅ 253 mod 599
≡ 81972 mod 599 ≡ 508 mod 599
Es gilt also: 253183 ≡ 508 mod 599
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 33.
Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 33
| =>73 | = 2⋅33 + 7 |
| =>33 | = 4⋅7 + 5 |
| =>7 | = 1⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,33)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 7-1⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(7 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅7 +2⋅ 5) = -2⋅7 +3⋅ 5 (=1) |
| 5= 33-4⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅7 +3⋅(33 -4⋅ 7)
= -2⋅7 +3⋅33 -12⋅ 7) = 3⋅33 -14⋅ 7 (=1) |
| 7= 73-2⋅33 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅33 -14⋅(73 -2⋅ 33)
= 3⋅33 -14⋅73 +28⋅ 33) = -14⋅73 +31⋅ 33 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,33)=1 = -14⋅73 +31⋅33
oder wenn man -14⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +14⋅73 = +31⋅33
Es gilt also: 31⋅33 = 14⋅73 +1
Somit 31⋅33 = 1 mod 73
31 ist also das Inverse von 33 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
