Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (325 + 24007) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(325 + 24007) mod 8 ≡ (325 mod 8 + 24007 mod 8) mod 8.
325 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 325
= 320
24007 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24007
= 24000
Somit gilt:
(325 + 24007) mod 8 ≡ (5 + 7) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (57 ⋅ 89) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(57 ⋅ 89) mod 7 ≡ (57 mod 7 ⋅ 89 mod 7) mod 7.
57 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 56 + 1 = 8 ⋅ 7 + 1 ist.
89 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 84 + 5 = 12 ⋅ 7 + 5 ist.
Somit gilt:
(57 ⋅ 89) mod 7 ≡ (1 ⋅ 5) mod 7 ≡ 5 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 13232 mod 439.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 132 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 1321=132
2: 1322=1321+1=1321⋅1321 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 303 mod 439
4: 1324=1322+2=1322⋅1322 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 58 mod 439
8: 1328=1324+4=1324⋅1324 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 291 mod 439
16: 13216=1328+8=1328⋅1328 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 393 mod 439
32: 13232=13216+16=13216⋅13216 ≡ 393⋅393=154449 ≡ 360 mod 439
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 495126 mod 523.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 126 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 126 an und zerlegen 126 in eine Summer von 2er-Potenzen:
126 = 64+32+16+8+4+2
1: 4951=495
2: 4952=4951+1=4951⋅4951 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 261 mod 523
4: 4954=4952+2=4952⋅4952 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 131 mod 523
8: 4958=4954+4=4954⋅4954 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 425 mod 523
16: 49516=4958+8=4958⋅4958 ≡ 425⋅425=180625 ≡ 190 mod 523
32: 49532=49516+16=49516⋅49516 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 13 mod 523
64: 49564=49532+32=49532⋅49532 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 523
495126
= 49564+32+16+8+4+2
= 49564⋅49532⋅49516⋅4958⋅4954⋅4952
≡ 169 ⋅ 13 ⋅ 190 ⋅ 425 ⋅ 131 ⋅ 261 mod 523
≡ 2197 ⋅ 190 ⋅ 425 ⋅ 131 ⋅ 261 mod 523 ≡ 105 ⋅ 190 ⋅ 425 ⋅ 131 ⋅ 261 mod 523
≡ 19950 ⋅ 425 ⋅ 131 ⋅ 261 mod 523 ≡ 76 ⋅ 425 ⋅ 131 ⋅ 261 mod 523
≡ 32300 ⋅ 131 ⋅ 261 mod 523 ≡ 397 ⋅ 131 ⋅ 261 mod 523
≡ 52007 ⋅ 261 mod 523 ≡ 230 ⋅ 261 mod 523
≡ 60030 mod 523 ≡ 408 mod 523
Es gilt also: 495126 ≡ 408 mod 523
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 27.
Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 27
| =>79 | = 2⋅27 + 25 |
| =>27 | = 1⋅25 + 2 |
| =>25 | = 12⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,27)=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= 25-12⋅2 | |||
| 2= 27-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -12⋅(27 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -12⋅27 +12⋅ 25) = -12⋅27 +13⋅ 25 (=1) |
| 25= 79-2⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -12⋅27 +13⋅(79 -2⋅ 27)
= -12⋅27 +13⋅79 -26⋅ 27) = 13⋅79 -38⋅ 27 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,27)=1 = 13⋅79 -38⋅27
oder wenn man 13⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅79 = -38⋅27
-38⋅27 = -13⋅79 + 1 |+79⋅27
-38⋅27 + 79⋅27 = -13⋅79 + 79⋅27 + 1
(-38 + 79) ⋅ 27 = (-13 + 27) ⋅ 79 + 1
41⋅27 = 14⋅79 + 1
Es gilt also: 41⋅27 = 14⋅79 +1
Somit 41⋅27 = 1 mod 79
41 ist also das Inverse von 27 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
