Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (404 - 12004) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(404 - 12004) mod 4 ≡ (404 mod 4 - 12004 mod 4) mod 4.
404 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 404
= 400
12004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12004
= 12000
Somit gilt:
(404 - 12004) mod 4 ≡ (0 - 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 24) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(45 ⋅ 24) mod 6 ≡ (45 mod 6 ⋅ 24 mod 6) mod 6.
45 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 42 + 3 = 7 ⋅ 6 + 3 ist.
24 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 24 + 0 = 4 ⋅ 6 + 0 ist.
Somit gilt:
(45 ⋅ 24) mod 6 ≡ (3 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 68064 mod 887.
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. 680 -> x
2. mod(x²,887) -> 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: 6801=680
2: 6802=6801+1=6801⋅6801 ≡ 680⋅680=462400 ≡ 273 mod 887
4: 6804=6802+2=6802⋅6802 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 21 mod 887
8: 6808=6804+4=6804⋅6804 ≡ 21⋅21=441 ≡ 441 mod 887
16: 68016=6808+8=6808⋅6808 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 228 mod 887
32: 68032=68016+16=68016⋅68016 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 538 mod 887
64: 68064=68032+32=68032⋅68032 ≡ 538⋅538=289444 ≡ 282 mod 887
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 973103 mod 991.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 103 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 103 an und zerlegen 103 in eine Summer von 2er-Potenzen:
103 = 64+32+4+2+1
1: 9731=973
2: 9732=9731+1=9731⋅9731 ≡ 973⋅973=946729 ≡ 324 mod 991
4: 9734=9732+2=9732⋅9732 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 921 mod 991
8: 9738=9734+4=9734⋅9734 ≡ 921⋅921=848241 ≡ 936 mod 991
16: 97316=9738+8=9738⋅9738 ≡ 936⋅936=876096 ≡ 52 mod 991
32: 97332=97316+16=97316⋅97316 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 722 mod 991
64: 97364=97332+32=97332⋅97332 ≡ 722⋅722=521284 ≡ 18 mod 991
973103
= 97364+32+4+2+1
= 97364⋅97332⋅9734⋅9732⋅9731
≡ 18 ⋅ 722 ⋅ 921 ⋅ 324 ⋅ 973 mod 991
≡ 12996 ⋅ 921 ⋅ 324 ⋅ 973 mod 991 ≡ 113 ⋅ 921 ⋅ 324 ⋅ 973 mod 991
≡ 104073 ⋅ 324 ⋅ 973 mod 991 ≡ 18 ⋅ 324 ⋅ 973 mod 991
≡ 5832 ⋅ 973 mod 991 ≡ 877 ⋅ 973 mod 991
≡ 853321 mod 991 ≡ 70 mod 991
Es gilt also: 973103 ≡ 70 mod 991
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 22.
Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 22
| =>53 | = 2⋅22 + 9 |
| =>22 | = 2⋅9 + 4 |
| =>9 | = 2⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,22)=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= 9-2⋅4 | |||
| 4= 22-2⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅9 -2⋅(22 -2⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅22 +4⋅ 9) = -2⋅22 +5⋅ 9 (=1) |
| 9= 53-2⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅22 +5⋅(53 -2⋅ 22)
= -2⋅22 +5⋅53 -10⋅ 22) = 5⋅53 -12⋅ 22 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,22)=1 = 5⋅53 -12⋅22
oder wenn man 5⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅53 = -12⋅22
-12⋅22 = -5⋅53 + 1 |+53⋅22
-12⋅22 + 53⋅22 = -5⋅53 + 53⋅22 + 1
(-12 + 53) ⋅ 22 = (-5 + 22) ⋅ 53 + 1
41⋅22 = 17⋅53 + 1
Es gilt also: 41⋅22 = 17⋅53 +1
Somit 41⋅22 = 1 mod 53
41 ist also das Inverse von 22 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
