Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2398 + 1800) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2398 + 1800) mod 6 ≡ (2398 mod 6 + 1800 mod 6) mod 6.
2398 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2398
= 2400
1800 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1800
= 1800
Somit gilt:
(2398 + 1800) mod 6 ≡ (4 + 0) mod 6 ≡ 4 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (75 ⋅ 53) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(75 ⋅ 53) mod 7 ≡ (75 mod 7 ⋅ 53 mod 7) mod 7.
75 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 70 + 5 = 10 ⋅ 7 + 5 ist.
53 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 49 + 4 = 7 ⋅ 7 + 4 ist.
Somit gilt:
(75 ⋅ 53) mod 7 ≡ (5 ⋅ 4) mod 7 ≡ 20 mod 7 ≡ 6 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 51132 mod 631.
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. 511 -> 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: 5111=511
2: 5112=5111+1=5111⋅5111 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 518 mod 631
4: 5114=5112+2=5112⋅5112 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 149 mod 631
8: 5118=5114+4=5114⋅5114 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 116 mod 631
16: 51116=5118+8=5118⋅5118 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 205 mod 631
32: 51132=51116+16=51116⋅51116 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 379 mod 631
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 303121 mod 349.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 121 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 121 an und zerlegen 121 in eine Summer von 2er-Potenzen:
121 = 64+32+16+8+1
1: 3031=303
2: 3032=3031+1=3031⋅3031 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 22 mod 349
4: 3034=3032+2=3032⋅3032 ≡ 22⋅22=484 ≡ 135 mod 349
8: 3038=3034+4=3034⋅3034 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 77 mod 349
16: 30316=3038+8=3038⋅3038 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 345 mod 349
32: 30332=30316+16=30316⋅30316 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 16 mod 349
64: 30364=30332+32=30332⋅30332 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 349
303121
= 30364+32+16+8+1
= 30364⋅30332⋅30316⋅3038⋅3031
≡ 256 ⋅ 16 ⋅ 345 ⋅ 77 ⋅ 303 mod 349
≡ 4096 ⋅ 345 ⋅ 77 ⋅ 303 mod 349 ≡ 257 ⋅ 345 ⋅ 77 ⋅ 303 mod 349
≡ 88665 ⋅ 77 ⋅ 303 mod 349 ≡ 19 ⋅ 77 ⋅ 303 mod 349
≡ 1463 ⋅ 303 mod 349 ≡ 67 ⋅ 303 mod 349
≡ 20301 mod 349 ≡ 59 mod 349
Es gilt also: 303121 ≡ 59 mod 349
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 31.
Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 31
| =>83 | = 2⋅31 + 21 |
| =>31 | = 1⋅21 + 10 |
| =>21 | = 2⋅10 + 1 |
| =>10 | = 10⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,31)=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= 21-2⋅10 | |||
| 10= 31-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -2⋅(31 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -2⋅31 +2⋅ 21) = -2⋅31 +3⋅ 21 (=1) |
| 21= 83-2⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅31 +3⋅(83 -2⋅ 31)
= -2⋅31 +3⋅83 -6⋅ 31) = 3⋅83 -8⋅ 31 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,31)=1 = 3⋅83 -8⋅31
oder wenn man 3⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -3⋅83 = -8⋅31
-8⋅31 = -3⋅83 + 1 |+83⋅31
-8⋅31 + 83⋅31 = -3⋅83 + 83⋅31 + 1
(-8 + 83) ⋅ 31 = (-3 + 31) ⋅ 83 + 1
75⋅31 = 28⋅83 + 1
Es gilt also: 75⋅31 = 28⋅83 +1
Somit 75⋅31 = 1 mod 83
75 ist also das Inverse von 31 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
