Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (120 - 400) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(120 - 400) mod 4 ≡ (120 mod 4 - 400 mod 4) mod 4.
120 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 120
= 120
400 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 400
= 400
Somit gilt:
(120 - 400) mod 4 ≡ (0 - 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 98) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(32 ⋅ 98) mod 8 ≡ (32 mod 8 ⋅ 98 mod 8) mod 8.
32 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 32 + 0 = 4 ⋅ 8 + 0 ist.
98 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 12 ⋅ 8 + 2 ist.
Somit gilt:
(32 ⋅ 98) mod 8 ≡ (0 ⋅ 2) mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 41864 mod 433.
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. 418 -> x
2. mod(x²,433) -> 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: 4181=418
2: 4182=4181+1=4181⋅4181 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 225 mod 433
4: 4184=4182+2=4182⋅4182 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 397 mod 433
8: 4188=4184+4=4184⋅4184 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 430 mod 433
16: 41816=4188+8=4188⋅4188 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 9 mod 433
32: 41832=41816+16=41816⋅41816 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 433
64: 41864=41832+32=41832⋅41832 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 66 mod 433
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 200155 mod 281.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 155 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 155 an und zerlegen 155 in eine Summer von 2er-Potenzen:
155 = 128+16+8+2+1
1: 2001=200
2: 2002=2001+1=2001⋅2001 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 98 mod 281
4: 2004=2002+2=2002⋅2002 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 50 mod 281
8: 2008=2004+4=2004⋅2004 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 252 mod 281
16: 20016=2008+8=2008⋅2008 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 279 mod 281
32: 20032=20016+16=20016⋅20016 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 4 mod 281
64: 20064=20032+32=20032⋅20032 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 281
128: 200128=20064+64=20064⋅20064 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 281
200155
= 200128+16+8+2+1
= 200128⋅20016⋅2008⋅2002⋅2001
≡ 256 ⋅ 279 ⋅ 252 ⋅ 98 ⋅ 200 mod 281
≡ 71424 ⋅ 252 ⋅ 98 ⋅ 200 mod 281 ≡ 50 ⋅ 252 ⋅ 98 ⋅ 200 mod 281
≡ 12600 ⋅ 98 ⋅ 200 mod 281 ≡ 236 ⋅ 98 ⋅ 200 mod 281
≡ 23128 ⋅ 200 mod 281 ≡ 86 ⋅ 200 mod 281
≡ 17200 mod 281 ≡ 59 mod 281
Es gilt also: 200155 ≡ 59 mod 281
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 54.
Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 54
| =>67 | = 1⋅54 + 13 |
| =>54 | = 4⋅13 + 2 |
| =>13 | = 6⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,54)=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= 13-6⋅2 | |||
| 2= 54-4⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -6⋅(54 -4⋅ 13)
= 1⋅13 -6⋅54 +24⋅ 13) = -6⋅54 +25⋅ 13 (=1) |
| 13= 67-1⋅54 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅54 +25⋅(67 -1⋅ 54)
= -6⋅54 +25⋅67 -25⋅ 54) = 25⋅67 -31⋅ 54 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,54)=1 = 25⋅67 -31⋅54
oder wenn man 25⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -25⋅67 = -31⋅54
-31⋅54 = -25⋅67 + 1 |+67⋅54
-31⋅54 + 67⋅54 = -25⋅67 + 67⋅54 + 1
(-31 + 67) ⋅ 54 = (-25 + 54) ⋅ 67 + 1
36⋅54 = 29⋅67 + 1
Es gilt also: 36⋅54 = 29⋅67 +1
Somit 36⋅54 = 1 mod 67
36 ist also das Inverse von 54 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
