Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (35001 + 35003) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(35001 + 35003) mod 7 ≡ (35001 mod 7 + 35003 mod 7) mod 7.
35001 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35001
= 35000
35003 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35003
= 35000
Somit gilt:
(35001 + 35003) mod 7 ≡ (1 + 3) mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (99 ⋅ 71) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(99 ⋅ 71) mod 8 ≡ (99 mod 8 ⋅ 71 mod 8) mod 8.
99 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 96 + 3 = 12 ⋅ 8 + 3 ist.
71 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 64 + 7 = 8 ⋅ 8 + 7 ist.
Somit gilt:
(99 ⋅ 71) mod 8 ≡ (3 ⋅ 7) mod 8 ≡ 21 mod 8 ≡ 5 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 216128 mod 293.
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. 216 -> x
2. mod(x²,293) -> 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: 2161=216
2: 2162=2161+1=2161⋅2161 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 69 mod 293
4: 2164=2162+2=2162⋅2162 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 73 mod 293
8: 2168=2164+4=2164⋅2164 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 55 mod 293
16: 21616=2168+8=2168⋅2168 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 95 mod 293
32: 21632=21616+16=21616⋅21616 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 235 mod 293
64: 21664=21632+32=21632⋅21632 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 141 mod 293
128: 216128=21664+64=21664⋅21664 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 250 mod 293
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 21462 mod 607.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 62 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 62 an und zerlegen 62 in eine Summer von 2er-Potenzen:
62 = 32+16+8+4+2
1: 2141=214
2: 2142=2141+1=2141⋅2141 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 271 mod 607
4: 2144=2142+2=2142⋅2142 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 601 mod 607
8: 2148=2144+4=2144⋅2144 ≡ 601⋅601=361201 ≡ 36 mod 607
16: 21416=2148+8=2148⋅2148 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 82 mod 607
32: 21432=21416+16=21416⋅21416 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 47 mod 607
21462
= 21432+16+8+4+2
= 21432⋅21416⋅2148⋅2144⋅2142
≡ 47 ⋅ 82 ⋅ 36 ⋅ 601 ⋅ 271 mod 607
≡ 3854 ⋅ 36 ⋅ 601 ⋅ 271 mod 607 ≡ 212 ⋅ 36 ⋅ 601 ⋅ 271 mod 607
≡ 7632 ⋅ 601 ⋅ 271 mod 607 ≡ 348 ⋅ 601 ⋅ 271 mod 607
≡ 209148 ⋅ 271 mod 607 ≡ 340 ⋅ 271 mod 607
≡ 92140 mod 607 ≡ 483 mod 607
Es gilt also: 21462 ≡ 483 mod 607
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 70.
Also bestimme x, so dass 70 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 70
| =>101 | = 1⋅70 + 31 |
| =>70 | = 2⋅31 + 8 |
| =>31 | = 3⋅8 + 7 |
| =>8 | = 1⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(101,70)=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= 8-1⋅7 | |||
| 7= 31-3⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅8 -1⋅(31 -3⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅31 +3⋅ 8) = -1⋅31 +4⋅ 8 (=1) |
| 8= 70-2⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅31 +4⋅(70 -2⋅ 31)
= -1⋅31 +4⋅70 -8⋅ 31) = 4⋅70 -9⋅ 31 (=1) |
| 31= 101-1⋅70 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅70 -9⋅(101 -1⋅ 70)
= 4⋅70 -9⋅101 +9⋅ 70) = -9⋅101 +13⋅ 70 (=1) |
Es gilt also: ggt(101,70)=1 = -9⋅101 +13⋅70
oder wenn man -9⋅101 auf die linke Seite bringt:
1 +9⋅101 = +13⋅70
Es gilt also: 13⋅70 = 9⋅101 +1
Somit 13⋅70 = 1 mod 101
13 ist also das Inverse von 70 mod 101
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
