Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (400 + 320) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(400 + 320) mod 8 ≡ (400 mod 8 + 320 mod 8) mod 8.
400 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 400
= 400
320 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 320
= 320
Somit gilt:
(400 + 320) mod 8 ≡ (0 + 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (24 ⋅ 93) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(24 ⋅ 93) mod 8 ≡ (24 mod 8 ⋅ 93 mod 8) mod 8.
24 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 24 + 0 = 3 ⋅ 8 + 0 ist.
93 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 88 + 5 = 11 ⋅ 8 + 5 ist.
Somit gilt:
(24 ⋅ 93) mod 8 ≡ (0 ⋅ 5) mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 532128 mod 569.
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. 532 -> x
2. mod(x²,569) -> 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: 5321=532
2: 5322=5321+1=5321⋅5321 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 231 mod 569
4: 5324=5322+2=5322⋅5322 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 444 mod 569
8: 5328=5324+4=5324⋅5324 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 262 mod 569
16: 53216=5328+8=5328⋅5328 ≡ 262⋅262=68644 ≡ 364 mod 569
32: 53232=53216+16=53216⋅53216 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 488 mod 569
64: 53264=53232+32=53232⋅53232 ≡ 488⋅488=238144 ≡ 302 mod 569
128: 532128=53264+64=53264⋅53264 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 164 mod 569
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 206218 mod 613.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 218 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 218 an und zerlegen 218 in eine Summer von 2er-Potenzen:
218 = 128+64+16+8+2
1: 2061=206
2: 2062=2061+1=2061⋅2061 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 139 mod 613
4: 2064=2062+2=2062⋅2062 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 318 mod 613
8: 2068=2064+4=2064⋅2064 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 592 mod 613
16: 20616=2068+8=2068⋅2068 ≡ 592⋅592=350464 ≡ 441 mod 613
32: 20632=20616+16=20616⋅20616 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 160 mod 613
64: 20664=20632+32=20632⋅20632 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 467 mod 613
128: 206128=20664+64=20664⋅20664 ≡ 467⋅467=218089 ≡ 474 mod 613
206218
= 206128+64+16+8+2
= 206128⋅20664⋅20616⋅2068⋅2062
≡ 474 ⋅ 467 ⋅ 441 ⋅ 592 ⋅ 139 mod 613
≡ 221358 ⋅ 441 ⋅ 592 ⋅ 139 mod 613 ≡ 65 ⋅ 441 ⋅ 592 ⋅ 139 mod 613
≡ 28665 ⋅ 592 ⋅ 139 mod 613 ≡ 467 ⋅ 592 ⋅ 139 mod 613
≡ 276464 ⋅ 139 mod 613 ≡ 1 ⋅ 139 mod 613
≡ 139 mod 613
Es gilt also: 206218 ≡ 139 mod 613
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 46.
Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 46
| =>89 | = 1⋅46 + 43 |
| =>46 | = 1⋅43 + 3 |
| =>43 | = 14⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,46)=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= 43-14⋅3 | |||
| 3= 46-1⋅43 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅43 -14⋅(46 -1⋅ 43)
= 1⋅43 -14⋅46 +14⋅ 43) = -14⋅46 +15⋅ 43 (=1) |
| 43= 89-1⋅46 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -14⋅46 +15⋅(89 -1⋅ 46)
= -14⋅46 +15⋅89 -15⋅ 46) = 15⋅89 -29⋅ 46 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,46)=1 = 15⋅89 -29⋅46
oder wenn man 15⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -15⋅89 = -29⋅46
-29⋅46 = -15⋅89 + 1 |+89⋅46
-29⋅46 + 89⋅46 = -15⋅89 + 89⋅46 + 1
(-29 + 89) ⋅ 46 = (-15 + 46) ⋅ 89 + 1
60⋅46 = 31⋅89 + 1
Es gilt also: 60⋅46 = 31⋅89 +1
Somit 60⋅46 = 1 mod 89
60 ist also das Inverse von 46 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
