Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2402 + 12004) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2402 + 12004) mod 6 ≡ (2402 mod 6 + 12004 mod 6) mod 6.
2402 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2402
= 2400
12004 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12004
= 12000
Somit gilt:
(2402 + 12004) mod 6 ≡ (2 + 4) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 36) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(71 ⋅ 36) mod 10 ≡ (71 mod 10 ⋅ 36 mod 10) mod 10.
71 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 70 + 1 = 7 ⋅ 10 + 1 ist.
36 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 30 + 6 = 3 ⋅ 10 + 6 ist.
Somit gilt:
(71 ⋅ 36) mod 10 ≡ (1 ⋅ 6) mod 10 ≡ 6 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 34732 mod 409.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 347 -> x
2. mod(x²,409) -> 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: 3471=347
2: 3472=3471+1=3471⋅3471 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 163 mod 409
4: 3474=3472+2=3472⋅3472 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 393 mod 409
8: 3478=3474+4=3474⋅3474 ≡ 393⋅393=154449 ≡ 256 mod 409
16: 34716=3478+8=3478⋅3478 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 96 mod 409
32: 34732=34716+16=34716⋅34716 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 218 mod 409
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 217213 mod 431.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 213 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 213 an und zerlegen 213 in eine Summer von 2er-Potenzen:
213 = 128+64+16+4+1
1: 2171=217
2: 2172=2171+1=2171⋅2171 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 110 mod 431
4: 2174=2172+2=2172⋅2172 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 32 mod 431
8: 2178=2174+4=2174⋅2174 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 162 mod 431
16: 21716=2178+8=2178⋅2178 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 384 mod 431
32: 21732=21716+16=21716⋅21716 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 54 mod 431
64: 21764=21732+32=21732⋅21732 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 330 mod 431
128: 217128=21764+64=21764⋅21764 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 288 mod 431
217213
= 217128+64+16+4+1
= 217128⋅21764⋅21716⋅2174⋅2171
≡ 288 ⋅ 330 ⋅ 384 ⋅ 32 ⋅ 217 mod 431
≡ 95040 ⋅ 384 ⋅ 32 ⋅ 217 mod 431 ≡ 220 ⋅ 384 ⋅ 32 ⋅ 217 mod 431
≡ 84480 ⋅ 32 ⋅ 217 mod 431 ≡ 4 ⋅ 32 ⋅ 217 mod 431
≡ 128 ⋅ 217 mod 431
≡ 27776 mod 431 ≡ 192 mod 431
Es gilt also: 217213 ≡ 192 mod 431
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 43.
Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 43
| =>73 | = 1⋅43 + 30 |
| =>43 | = 1⋅30 + 13 |
| =>30 | = 2⋅13 + 4 |
| =>13 | = 3⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,43)=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= 13-3⋅4 | |||
| 4= 30-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -3⋅(30 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -3⋅30 +6⋅ 13) = -3⋅30 +7⋅ 13 (=1) |
| 13= 43-1⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅30 +7⋅(43 -1⋅ 30)
= -3⋅30 +7⋅43 -7⋅ 30) = 7⋅43 -10⋅ 30 (=1) |
| 30= 73-1⋅43 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅43 -10⋅(73 -1⋅ 43)
= 7⋅43 -10⋅73 +10⋅ 43) = -10⋅73 +17⋅ 43 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,43)=1 = -10⋅73 +17⋅43
oder wenn man -10⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +10⋅73 = +17⋅43
Es gilt also: 17⋅43 = 10⋅73 +1
Somit 17⋅43 = 1 mod 73
17 ist also das Inverse von 43 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
