Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3498 + 2803) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3498 + 2803) mod 7 ≡ (3498 mod 7 + 2803 mod 7) mod 7.
3498 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3498
= 3500
2803 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2803
= 2800
Somit gilt:
(3498 + 2803) mod 7 ≡ (5 + 3) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (94 ⋅ 80) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(94 ⋅ 80) mod 4 ≡ (94 mod 4 ⋅ 80 mod 4) mod 4.
94 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 92 + 2 = 23 ⋅ 4 + 2 ist.
80 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80 + 0 = 20 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(94 ⋅ 80) mod 4 ≡ (2 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 60964 mod 631.
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. 609 -> x
2. mod(x²,631) -> 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: 6091=609
2: 6092=6091+1=6091⋅6091 ≡ 609⋅609=370881 ≡ 484 mod 631
4: 6094=6092+2=6092⋅6092 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 155 mod 631
8: 6098=6094+4=6094⋅6094 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 47 mod 631
16: 60916=6098+8=6098⋅6098 ≡ 47⋅47=2209 ≡ 316 mod 631
32: 60932=60916+16=60916⋅60916 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 158 mod 631
64: 60964=60932+32=60932⋅60932 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 355 mod 631
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 221209 mod 593.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 209 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 209 an und zerlegen 209 in eine Summer von 2er-Potenzen:
209 = 128+64+16+1
1: 2211=221
2: 2212=2211+1=2211⋅2211 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 215 mod 593
4: 2214=2212+2=2212⋅2212 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 564 mod 593
8: 2218=2214+4=2214⋅2214 ≡ 564⋅564=318096 ≡ 248 mod 593
16: 22116=2218+8=2218⋅2218 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 425 mod 593
32: 22132=22116+16=22116⋅22116 ≡ 425⋅425=180625 ≡ 353 mod 593
64: 22164=22132+32=22132⋅22132 ≡ 353⋅353=124609 ≡ 79 mod 593
128: 221128=22164+64=22164⋅22164 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 311 mod 593
221209
= 221128+64+16+1
= 221128⋅22164⋅22116⋅2211
≡ 311 ⋅ 79 ⋅ 425 ⋅ 221 mod 593
≡ 24569 ⋅ 425 ⋅ 221 mod 593 ≡ 256 ⋅ 425 ⋅ 221 mod 593
≡ 108800 ⋅ 221 mod 593 ≡ 281 ⋅ 221 mod 593
≡ 62101 mod 593 ≡ 429 mod 593
Es gilt also: 221209 ≡ 429 mod 593
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 54.
Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 54
| =>73 | = 1⋅54 + 19 |
| =>54 | = 2⋅19 + 16 |
| =>19 | = 1⋅16 + 3 |
| =>16 | = 5⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,54)=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= 16-5⋅3 | |||
| 3= 19-1⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅16 -5⋅(19 -1⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅19 +5⋅ 16) = -5⋅19 +6⋅ 16 (=1) |
| 16= 54-2⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅19 +6⋅(54 -2⋅ 19)
= -5⋅19 +6⋅54 -12⋅ 19) = 6⋅54 -17⋅ 19 (=1) |
| 19= 73-1⋅54 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 6⋅54 -17⋅(73 -1⋅ 54)
= 6⋅54 -17⋅73 +17⋅ 54) = -17⋅73 +23⋅ 54 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,54)=1 = -17⋅73 +23⋅54
oder wenn man -17⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +17⋅73 = +23⋅54
Es gilt also: 23⋅54 = 17⋅73 +1
Somit 23⋅54 = 1 mod 73
23 ist also das Inverse von 54 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
