Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (182 + 123) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(182 + 123) mod 6 ≡ (182 mod 6 + 123 mod 6) mod 6.
182 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 182
= 180
123 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 123
= 120
Somit gilt:
(182 + 123) mod 6 ≡ (2 + 3) mod 6 ≡ 5 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 82) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(65 ⋅ 82) mod 8 ≡ (65 mod 8 ⋅ 82 mod 8) mod 8.
65 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 64 + 1 = 8 ⋅ 8 + 1 ist.
82 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 80 + 2 = 10 ⋅ 8 + 2 ist.
Somit gilt:
(65 ⋅ 82) mod 8 ≡ (1 ⋅ 2) mod 8 ≡ 2 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 237128 mod 547.
Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).
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. 237 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 2371=237
2: 2372=2371+1=2371⋅2371 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 375 mod 547
4: 2374=2372+2=2372⋅2372 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 46 mod 547
8: 2378=2374+4=2374⋅2374 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 475 mod 547
16: 23716=2378+8=2378⋅2378 ≡ 475⋅475=225625 ≡ 261 mod 547
32: 23732=23716+16=23716⋅23716 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 293 mod 547
64: 23764=23732+32=23732⋅23732 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 517 mod 547
128: 237128=23764+64=23764⋅23764 ≡ 517⋅517=267289 ≡ 353 mod 547
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 22986 mod 587.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 86 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 86 an und zerlegen 86 in eine Summer von 2er-Potenzen:
86 = 64+16+4+2
1: 2291=229
2: 2292=2291+1=2291⋅2291 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 198 mod 587
4: 2294=2292+2=2292⋅2292 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 462 mod 587
8: 2298=2294+4=2294⋅2294 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 363 mod 587
16: 22916=2298+8=2298⋅2298 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 281 mod 587
32: 22932=22916+16=22916⋅22916 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 303 mod 587
64: 22964=22932+32=22932⋅22932 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 237 mod 587
22986
= 22964+16+4+2
= 22964⋅22916⋅2294⋅2292
≡ 237 ⋅ 281 ⋅ 462 ⋅ 198 mod 587
≡ 66597 ⋅ 462 ⋅ 198 mod 587 ≡ 266 ⋅ 462 ⋅ 198 mod 587
≡ 122892 ⋅ 198 mod 587 ≡ 209 ⋅ 198 mod 587
≡ 41382 mod 587 ≡ 292 mod 587
Es gilt also: 22986 ≡ 292 mod 587
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 31.
Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 31
=>59 | = 1⋅31 + 28 |
=>31 | = 1⋅28 + 3 |
=>28 | = 9⋅3 + 1 |
=>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,31)=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= 28-9⋅3 | |||
3= 31-1⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅28 -9⋅(31 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -9⋅31 +9⋅ 28) = -9⋅31 +10⋅ 28 (=1) |
28= 59-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -9⋅31 +10⋅(59 -1⋅ 31)
= -9⋅31 +10⋅59 -10⋅ 31) = 10⋅59 -19⋅ 31 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,31)=1 = 10⋅59 -19⋅31
oder wenn man 10⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 -10⋅59 = -19⋅31
-19⋅31 = -10⋅59 + 1 |+59⋅31
-19⋅31 + 59⋅31 = -10⋅59 + 59⋅31 + 1
(-19 + 59) ⋅ 31 = (-10 + 31) ⋅ 59 + 1
40⋅31 = 21⋅59 + 1
Es gilt also: 40⋅31 = 21⋅59 +1
Somit 40⋅31 = 1 mod 59
40 ist also das Inverse von 31 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.