Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (5995 + 2397) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(5995 + 2397) mod 6 ≡ (5995 mod 6 + 2397 mod 6) mod 6.
5995 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5995
= 6000
2397 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2397
= 2400
Somit gilt:
(5995 + 2397) mod 6 ≡ (1 + 3) mod 6 ≡ 4 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (69 ⋅ 31) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(69 ⋅ 31) mod 4 ≡ (69 mod 4 ⋅ 31 mod 4) mod 4.
69 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 68 + 1 = 17 ⋅ 4 + 1 ist.
31 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 28 + 3 = 7 ⋅ 4 + 3 ist.
Somit gilt:
(69 ⋅ 31) mod 4 ≡ (1 ⋅ 3) mod 4 ≡ 3 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 82464 mod 883.
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. 824 -> x
2. mod(x²,883) -> 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: 8241=824
2: 8242=8241+1=8241⋅8241 ≡ 824⋅824=678976 ≡ 832 mod 883
4: 8244=8242+2=8242⋅8242 ≡ 832⋅832=692224 ≡ 835 mod 883
8: 8248=8244+4=8244⋅8244 ≡ 835⋅835=697225 ≡ 538 mod 883
16: 82416=8248+8=8248⋅8248 ≡ 538⋅538=289444 ≡ 703 mod 883
32: 82432=82416+16=82416⋅82416 ≡ 703⋅703=494209 ≡ 612 mod 883
64: 82464=82432+32=82432⋅82432 ≡ 612⋅612=374544 ≡ 152 mod 883
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 200249 mod 257.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 249 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 249 an und zerlegen 249 in eine Summer von 2er-Potenzen:
249 = 128+64+32+16+8+1
1: 2001=200
2: 2002=2001+1=2001⋅2001 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 165 mod 257
4: 2004=2002+2=2002⋅2002 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 240 mod 257
8: 2008=2004+4=2004⋅2004 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 32 mod 257
16: 20016=2008+8=2008⋅2008 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 253 mod 257
32: 20032=20016+16=20016⋅20016 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 16 mod 257
64: 20064=20032+32=20032⋅20032 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 257
128: 200128=20064+64=20064⋅20064 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 1 mod 257
200249
= 200128+64+32+16+8+1
= 200128⋅20064⋅20032⋅20016⋅2008⋅2001
≡ 1 ⋅ 256 ⋅ 16 ⋅ 253 ⋅ 32 ⋅ 200 mod 257
≡ 256 ⋅ 16 ⋅ 253 ⋅ 32 ⋅ 200 mod 257
≡ 4096 ⋅ 253 ⋅ 32 ⋅ 200 mod 257 ≡ 241 ⋅ 253 ⋅ 32 ⋅ 200 mod 257
≡ 60973 ⋅ 32 ⋅ 200 mod 257 ≡ 64 ⋅ 32 ⋅ 200 mod 257
≡ 2048 ⋅ 200 mod 257 ≡ 249 ⋅ 200 mod 257
≡ 49800 mod 257 ≡ 199 mod 257
Es gilt also: 200249 ≡ 199 mod 257
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 35.
Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 35
| =>53 | = 1⋅35 + 18 |
| =>35 | = 1⋅18 + 17 |
| =>18 | = 1⋅17 + 1 |
| =>17 | = 17⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,35)=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= 18-1⋅17 | |||
| 17= 35-1⋅18 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅18 -1⋅(35 -1⋅ 18)
= 1⋅18 -1⋅35 +1⋅ 18) = -1⋅35 +2⋅ 18 (=1) |
| 18= 53-1⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅35 +2⋅(53 -1⋅ 35)
= -1⋅35 +2⋅53 -2⋅ 35) = 2⋅53 -3⋅ 35 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,35)=1 = 2⋅53 -3⋅35
oder wenn man 2⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅53 = -3⋅35
-3⋅35 = -2⋅53 + 1 |+53⋅35
-3⋅35 + 53⋅35 = -2⋅53 + 53⋅35 + 1
(-3 + 53) ⋅ 35 = (-2 + 35) ⋅ 53 + 1
50⋅35 = 33⋅53 + 1
Es gilt also: 50⋅35 = 33⋅53 +1
Somit 50⋅35 = 1 mod 53
50 ist also das Inverse von 35 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
