Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1001 + 50) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1001 + 50) mod 5 ≡ (1001 mod 5 + 50 mod 5) mod 5.
1001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1001
= 1000
50 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50
= 50
Somit gilt:
(1001 + 50) mod 5 ≡ (1 + 0) mod 5 ≡ 1 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (38 ⋅ 21) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(38 ⋅ 21) mod 6 ≡ (38 mod 6 ⋅ 21 mod 6) mod 6.
38 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 6 ⋅ 6 + 2 ist.
21 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 18 + 3 = 3 ⋅ 6 + 3 ist.
Somit gilt:
(38 ⋅ 21) mod 6 ≡ (2 ⋅ 3) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 14516 mod 227.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 145 -> x
2. mod(x²,227) -> 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: 1451=145
2: 1452=1451+1=1451⋅1451 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 141 mod 227
4: 1454=1452+2=1452⋅1452 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 132 mod 227
8: 1458=1454+4=1454⋅1454 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 172 mod 227
16: 14516=1458+8=1458⋅1458 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 74 mod 227
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 352245 mod 1009.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:
245 = 128+64+32+16+4+1
1: 3521=352
2: 3522=3521+1=3521⋅3521 ≡ 352⋅352=123904 ≡ 806 mod 1009
4: 3524=3522+2=3522⋅3522 ≡ 806⋅806=649636 ≡ 849 mod 1009
8: 3528=3524+4=3524⋅3524 ≡ 849⋅849=720801 ≡ 375 mod 1009
16: 35216=3528+8=3528⋅3528 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 374 mod 1009
32: 35232=35216+16=35216⋅35216 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 634 mod 1009
64: 35264=35232+32=35232⋅35232 ≡ 634⋅634=401956 ≡ 374 mod 1009
128: 352128=35264+64=35264⋅35264 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 634 mod 1009
352245
= 352128+64+32+16+4+1
= 352128⋅35264⋅35232⋅35216⋅3524⋅3521
≡ 634 ⋅ 374 ⋅ 634 ⋅ 374 ⋅ 849 ⋅ 352 mod 1009
≡ 237116 ⋅ 634 ⋅ 374 ⋅ 849 ⋅ 352 mod 1009 ≡ 1 ⋅ 634 ⋅ 374 ⋅ 849 ⋅ 352 mod 1009
≡ 634 ⋅ 374 ⋅ 849 ⋅ 352 mod 1009
≡ 237116 ⋅ 849 ⋅ 352 mod 1009 ≡ 1 ⋅ 849 ⋅ 352 mod 1009
≡ 849 ⋅ 352 mod 1009
≡ 298848 mod 1009 ≡ 184 mod 1009
Es gilt also: 352245 ≡ 184 mod 1009
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 = 59 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
