Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (42 - 196) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(42 - 196) mod 4 ≡ (42 mod 4 - 196 mod 4) mod 4.
42 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42
= 40
196 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 196
= 200
Somit gilt:
(42 - 196) mod 4 ≡ (2 - 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 62) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23 ⋅ 62) mod 7 ≡ (23 mod 7 ⋅ 62 mod 7) mod 7.
23 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 21 + 2 = 3 ⋅ 7 + 2 ist.
62 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 56 + 6 = 8 ⋅ 7 + 6 ist.
Somit gilt:
(23 ⋅ 62) mod 7 ≡ (2 ⋅ 6) mod 7 ≡ 12 mod 7 ≡ 5 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 101128 mod 211.
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. 101 -> x
2. mod(x²,211) -> 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: 1011=101
2: 1012=1011+1=1011⋅1011 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 73 mod 211
4: 1014=1012+2=1012⋅1012 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 54 mod 211
8: 1018=1014+4=1014⋅1014 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 173 mod 211
16: 10116=1018+8=1018⋅1018 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 178 mod 211
32: 10132=10116+16=10116⋅10116 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 34 mod 211
64: 10164=10132+32=10132⋅10132 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 101 mod 211
128: 101128=10164+64=10164⋅10164 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 73 mod 211
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 53479 mod 977.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 79 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 79 an und zerlegen 79 in eine Summer von 2er-Potenzen:
79 = 64+8+4+2+1
1: 5341=534
2: 5342=5341+1=5341⋅5341 ≡ 534⋅534=285156 ≡ 849 mod 977
4: 5344=5342+2=5342⋅5342 ≡ 849⋅849=720801 ≡ 752 mod 977
8: 5348=5344+4=5344⋅5344 ≡ 752⋅752=565504 ≡ 798 mod 977
16: 53416=5348+8=5348⋅5348 ≡ 798⋅798=636804 ≡ 777 mod 977
32: 53432=53416+16=53416⋅53416 ≡ 777⋅777=603729 ≡ 920 mod 977
64: 53464=53432+32=53432⋅53432 ≡ 920⋅920=846400 ≡ 318 mod 977
53479
= 53464+8+4+2+1
= 53464⋅5348⋅5344⋅5342⋅5341
≡ 318 ⋅ 798 ⋅ 752 ⋅ 849 ⋅ 534 mod 977
≡ 253764 ⋅ 752 ⋅ 849 ⋅ 534 mod 977 ≡ 721 ⋅ 752 ⋅ 849 ⋅ 534 mod 977
≡ 542192 ⋅ 849 ⋅ 534 mod 977 ≡ 934 ⋅ 849 ⋅ 534 mod 977
≡ 792966 ⋅ 534 mod 977 ≡ 619 ⋅ 534 mod 977
≡ 330546 mod 977 ≡ 320 mod 977
Es gilt also: 53479 ≡ 320 mod 977
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 50.
Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 50
| =>67 | = 1⋅50 + 17 |
| =>50 | = 2⋅17 + 16 |
| =>17 | = 1⋅16 + 1 |
| =>16 | = 16⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,50)=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= 17-1⋅16 | |||
| 16= 50-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -1⋅(50 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -1⋅50 +2⋅ 17) = -1⋅50 +3⋅ 17 (=1) |
| 17= 67-1⋅50 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅50 +3⋅(67 -1⋅ 50)
= -1⋅50 +3⋅67 -3⋅ 50) = 3⋅67 -4⋅ 50 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,50)=1 = 3⋅67 -4⋅50
oder wenn man 3⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -3⋅67 = -4⋅50
-4⋅50 = -3⋅67 + 1 |+67⋅50
-4⋅50 + 67⋅50 = -3⋅67 + 67⋅50 + 1
(-4 + 67) ⋅ 50 = (-3 + 50) ⋅ 67 + 1
63⋅50 = 47⋅67 + 1
Es gilt also: 63⋅50 = 47⋅67 +1
Somit 63⋅50 = 1 mod 67
63 ist also das Inverse von 50 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
