Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (601 - 302) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(601 - 302) mod 3 ≡ (601 mod 3 - 302 mod 3) mod 3.
601 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 601
= 600
302 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 302
= 300
Somit gilt:
(601 - 302) mod 3 ≡ (1 - 2) mod 3 ≡ -1 mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 17) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(58 ⋅ 17) mod 6 ≡ (58 mod 6 ⋅ 17 mod 6) mod 6.
58 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 54 + 4 = 9 ⋅ 6 + 4 ist.
17 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 12 + 5 = 2 ⋅ 6 + 5 ist.
Somit gilt:
(58 ⋅ 17) mod 6 ≡ (4 ⋅ 5) mod 6 ≡ 20 mod 6 ≡ 2 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 331128 mod 397.
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. 331 -> x
2. mod(x²,397) -> 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: 3311=331
2: 3312=3311+1=3311⋅3311 ≡ 331⋅331=109561 ≡ 386 mod 397
4: 3314=3312+2=3312⋅3312 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 121 mod 397
8: 3318=3314+4=3314⋅3314 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 349 mod 397
16: 33116=3318+8=3318⋅3318 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 319 mod 397
32: 33132=33116+16=33116⋅33116 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 129 mod 397
64: 33164=33132+32=33132⋅33132 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 364 mod 397
128: 331128=33164+64=33164⋅33164 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 295 mod 397
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 393206 mod 433.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 206 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 206 an und zerlegen 206 in eine Summer von 2er-Potenzen:
206 = 128+64+8+4+2
1: 3931=393
2: 3932=3931+1=3931⋅3931 ≡ 393⋅393=154449 ≡ 301 mod 433
4: 3934=3932+2=3932⋅3932 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 104 mod 433
8: 3938=3934+4=3934⋅3934 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 424 mod 433
16: 39316=3938+8=3938⋅3938 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 81 mod 433
32: 39332=39316+16=39316⋅39316 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 66 mod 433
64: 39364=39332+32=39332⋅39332 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 26 mod 433
128: 393128=39364+64=39364⋅39364 ≡ 26⋅26=676 ≡ 243 mod 433
393206
= 393128+64+8+4+2
= 393128⋅39364⋅3938⋅3934⋅3932
≡ 243 ⋅ 26 ⋅ 424 ⋅ 104 ⋅ 301 mod 433
≡ 6318 ⋅ 424 ⋅ 104 ⋅ 301 mod 433 ≡ 256 ⋅ 424 ⋅ 104 ⋅ 301 mod 433
≡ 108544 ⋅ 104 ⋅ 301 mod 433 ≡ 294 ⋅ 104 ⋅ 301 mod 433
≡ 30576 ⋅ 301 mod 433 ≡ 266 ⋅ 301 mod 433
≡ 80066 mod 433 ≡ 394 mod 433
Es gilt also: 393206 ≡ 394 mod 433
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 42
| =>61 | = 1⋅42 + 19 |
| =>42 | = 2⋅19 + 4 |
| =>19 | = 4⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,42)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 19-4⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4) = -1⋅19 +5⋅ 4 (=1) |
| 4= 42-2⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅19 +5⋅(42 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅42 -10⋅ 19) = 5⋅42 -11⋅ 19 (=1) |
| 19= 61-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅42 -11⋅(61 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -11⋅61 +11⋅ 42) = -11⋅61 +16⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,42)=1 = -11⋅61 +16⋅42
oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅61 = +16⋅42
Es gilt also: 16⋅42 = 11⋅61 +1
Somit 16⋅42 = 1 mod 61
16 ist also das Inverse von 42 mod 61
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.
