Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (12000 - 56) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(12000 - 56) mod 6 ≡ (12000 mod 6 - 56 mod 6) mod 6.
12000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000
= 12000
56 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56
= 60
Somit gilt:
(12000 - 56) mod 6 ≡ (0 - 2) mod 6 ≡ -2 mod 6 ≡ 4 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (81 ⋅ 50) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(81 ⋅ 50) mod 5 ≡ (81 mod 5 ⋅ 50 mod 5) mod 5.
81 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 80 + 1 = 16 ⋅ 5 + 1 ist.
50 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 50 + 0 = 10 ⋅ 5 + 0 ist.
Somit gilt:
(81 ⋅ 50) mod 5 ≡ (1 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 65564 mod 757.
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. 655 -> x
2. mod(x²,757) -> 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: 6551=655
2: 6552=6551+1=6551⋅6551 ≡ 655⋅655=429025 ≡ 563 mod 757
4: 6554=6552+2=6552⋅6552 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 543 mod 757
8: 6558=6554+4=6554⋅6554 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 376 mod 757
16: 65516=6558+8=6558⋅6558 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 574 mod 757
32: 65532=65516+16=65516⋅65516 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 181 mod 757
64: 65564=65532+32=65532⋅65532 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 210 mod 757
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 375175 mod 401.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 175 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 175 an und zerlegen 175 in eine Summer von 2er-Potenzen:
175 = 128+32+8+4+2+1
1: 3751=375
2: 3752=3751+1=3751⋅3751 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 275 mod 401
4: 3754=3752+2=3752⋅3752 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 237 mod 401
8: 3758=3754+4=3754⋅3754 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 29 mod 401
16: 37516=3758+8=3758⋅3758 ≡ 29⋅29=841 ≡ 39 mod 401
32: 37532=37516+16=37516⋅37516 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 318 mod 401
64: 37564=37532+32=37532⋅37532 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 72 mod 401
128: 375128=37564+64=37564⋅37564 ≡ 72⋅72=5184 ≡ 372 mod 401
375175
= 375128+32+8+4+2+1
= 375128⋅37532⋅3758⋅3754⋅3752⋅3751
≡ 372 ⋅ 318 ⋅ 29 ⋅ 237 ⋅ 275 ⋅ 375 mod 401
≡ 118296 ⋅ 29 ⋅ 237 ⋅ 275 ⋅ 375 mod 401 ≡ 1 ⋅ 29 ⋅ 237 ⋅ 275 ⋅ 375 mod 401
≡ 29 ⋅ 237 ⋅ 275 ⋅ 375 mod 401
≡ 6873 ⋅ 275 ⋅ 375 mod 401 ≡ 56 ⋅ 275 ⋅ 375 mod 401
≡ 15400 ⋅ 375 mod 401 ≡ 162 ⋅ 375 mod 401
≡ 60750 mod 401 ≡ 199 mod 401
Es gilt also: 375175 ≡ 199 mod 401
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 33.
Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 33
| =>73 | = 2⋅33 + 7 |
| =>33 | = 4⋅7 + 5 |
| =>7 | = 1⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,33)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 7-1⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(7 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅7 +2⋅ 5) = -2⋅7 +3⋅ 5 (=1) |
| 5= 33-4⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅7 +3⋅(33 -4⋅ 7)
= -2⋅7 +3⋅33 -12⋅ 7) = 3⋅33 -14⋅ 7 (=1) |
| 7= 73-2⋅33 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅33 -14⋅(73 -2⋅ 33)
= 3⋅33 -14⋅73 +28⋅ 33) = -14⋅73 +31⋅ 33 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,33)=1 = -14⋅73 +31⋅33
oder wenn man -14⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +14⋅73 = +31⋅33
Es gilt also: 31⋅33 = 14⋅73 +1
Somit 31⋅33 = 1 mod 73
31 ist also das Inverse von 33 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
