Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (25000 - 1504) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(25000 - 1504) mod 5 ≡ (25000 mod 5 - 1504 mod 5) mod 5.
25000 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25000
= 25000
1504 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1504
= 1500
Somit gilt:
(25000 - 1504) mod 5 ≡ (0 - 4) mod 5 ≡ -4 mod 5 ≡ 1 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (85 ⋅ 62) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(85 ⋅ 62) mod 8 ≡ (85 mod 8 ⋅ 62 mod 8) mod 8.
85 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 80 + 5 = 10 ⋅ 8 + 5 ist.
62 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 56 + 6 = 7 ⋅ 8 + 6 ist.
Somit gilt:
(85 ⋅ 62) mod 8 ≡ (5 ⋅ 6) mod 8 ≡ 30 mod 8 ≡ 6 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 50064 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. 500 -> 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: 5001=500
2: 5002=5001+1=5001⋅5001 ≡ 500⋅500=250000 ≡ 753 mod 887
4: 5004=5002+2=5002⋅5002 ≡ 753⋅753=567009 ≡ 216 mod 887
8: 5008=5004+4=5004⋅5004 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 532 mod 887
16: 50016=5008+8=5008⋅5008 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 71 mod 887
32: 50032=50016+16=50016⋅50016 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 606 mod 887
64: 50064=50032+32=50032⋅50032 ≡ 606⋅606=367236 ≡ 18 mod 887
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 138125 mod 271.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 125 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 125 an und zerlegen 125 in eine Summer von 2er-Potenzen:
125 = 64+32+16+8+4+1
1: 1381=138
2: 1382=1381+1=1381⋅1381 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 74 mod 271
4: 1384=1382+2=1382⋅1382 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 56 mod 271
8: 1388=1384+4=1384⋅1384 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 155 mod 271
16: 13816=1388+8=1388⋅1388 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 177 mod 271
32: 13832=13816+16=13816⋅13816 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 164 mod 271
64: 13864=13832+32=13832⋅13832 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 67 mod 271
138125
= 13864+32+16+8+4+1
= 13864⋅13832⋅13816⋅1388⋅1384⋅1381
≡ 67 ⋅ 164 ⋅ 177 ⋅ 155 ⋅ 56 ⋅ 138 mod 271
≡ 10988 ⋅ 177 ⋅ 155 ⋅ 56 ⋅ 138 mod 271 ≡ 148 ⋅ 177 ⋅ 155 ⋅ 56 ⋅ 138 mod 271
≡ 26196 ⋅ 155 ⋅ 56 ⋅ 138 mod 271 ≡ 180 ⋅ 155 ⋅ 56 ⋅ 138 mod 271
≡ 27900 ⋅ 56 ⋅ 138 mod 271 ≡ 258 ⋅ 56 ⋅ 138 mod 271
≡ 14448 ⋅ 138 mod 271 ≡ 85 ⋅ 138 mod 271
≡ 11730 mod 271 ≡ 77 mod 271
Es gilt also: 138125 ≡ 77 mod 271
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 23.
Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 23
| =>67 | = 2⋅23 + 21 |
| =>23 | = 1⋅21 + 2 |
| =>21 | = 10⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,23)=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= 21-10⋅2 | |||
| 2= 23-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -10⋅(23 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -10⋅23 +10⋅ 21) = -10⋅23 +11⋅ 21 (=1) |
| 21= 67-2⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -10⋅23 +11⋅(67 -2⋅ 23)
= -10⋅23 +11⋅67 -22⋅ 23) = 11⋅67 -32⋅ 23 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,23)=1 = 11⋅67 -32⋅23
oder wenn man 11⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -11⋅67 = -32⋅23
-32⋅23 = -11⋅67 + 1 |+67⋅23
-32⋅23 + 67⋅23 = -11⋅67 + 67⋅23 + 1
(-32 + 67) ⋅ 23 = (-11 + 23) ⋅ 67 + 1
35⋅23 = 12⋅67 + 1
Es gilt also: 35⋅23 = 12⋅67 +1
Somit 35⋅23 = 1 mod 67
35 ist also das Inverse von 23 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
