Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (149 - 1501) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(149 - 1501) mod 3 ≡ (149 mod 3 - 1501 mod 3) mod 3.
149 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 149
= 150
1501 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1501
= 1500
Somit gilt:
(149 - 1501) mod 3 ≡ (2 - 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 59) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(19 ⋅ 59) mod 7 ≡ (19 mod 7 ⋅ 59 mod 7) mod 7.
19 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 14 + 5 = 2 ⋅ 7 + 5 ist.
59 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 56 + 3 = 8 ⋅ 7 + 3 ist.
Somit gilt:
(19 ⋅ 59) mod 7 ≡ (5 ⋅ 3) mod 7 ≡ 15 mod 7 ≡ 1 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 346128 mod 439.
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. 346 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 3461=346
2: 3462=3461+1=3461⋅3461 ≡ 346⋅346=119716 ≡ 308 mod 439
4: 3464=3462+2=3462⋅3462 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 40 mod 439
8: 3468=3464+4=3464⋅3464 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 283 mod 439
16: 34616=3468+8=3468⋅3468 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 191 mod 439
32: 34632=34616+16=34616⋅34616 ≡ 191⋅191=36481 ≡ 44 mod 439
64: 34664=34632+32=34632⋅34632 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 180 mod 439
128: 346128=34664+64=34664⋅34664 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 353 mod 439
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 343207 mod 601.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 207 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 207 an und zerlegen 207 in eine Summer von 2er-Potenzen:
207 = 128+64+8+4+2+1
1: 3431=343
2: 3432=3431+1=3431⋅3431 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 454 mod 601
4: 3434=3432+2=3432⋅3432 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 574 mod 601
8: 3438=3434+4=3434⋅3434 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 128 mod 601
16: 34316=3438+8=3438⋅3438 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 157 mod 601
32: 34332=34316+16=34316⋅34316 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 8 mod 601
64: 34364=34332+32=34332⋅34332 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 601
128: 343128=34364+64=34364⋅34364 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 490 mod 601
343207
= 343128+64+8+4+2+1
= 343128⋅34364⋅3438⋅3434⋅3432⋅3431
≡ 490 ⋅ 64 ⋅ 128 ⋅ 574 ⋅ 454 ⋅ 343 mod 601
≡ 31360 ⋅ 128 ⋅ 574 ⋅ 454 ⋅ 343 mod 601 ≡ 108 ⋅ 128 ⋅ 574 ⋅ 454 ⋅ 343 mod 601
≡ 13824 ⋅ 574 ⋅ 454 ⋅ 343 mod 601 ≡ 1 ⋅ 574 ⋅ 454 ⋅ 343 mod 601
≡ 574 ⋅ 454 ⋅ 343 mod 601
≡ 260596 ⋅ 343 mod 601 ≡ 363 ⋅ 343 mod 601
≡ 124509 mod 601 ≡ 102 mod 601
Es gilt also: 343207 ≡ 102 mod 601
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 48.
Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 48
| =>73 | = 1⋅48 + 25 |
| =>48 | = 1⋅25 + 23 |
| =>25 | = 1⋅23 + 2 |
| =>23 | = 11⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,48)=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= 23-11⋅2 | |||
| 2= 25-1⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅23 -11⋅(25 -1⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅25 +11⋅ 23) = -11⋅25 +12⋅ 23 (=1) |
| 23= 48-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -11⋅25 +12⋅(48 -1⋅ 25)
= -11⋅25 +12⋅48 -12⋅ 25) = 12⋅48 -23⋅ 25 (=1) |
| 25= 73-1⋅48 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 12⋅48 -23⋅(73 -1⋅ 48)
= 12⋅48 -23⋅73 +23⋅ 48) = -23⋅73 +35⋅ 48 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,48)=1 = -23⋅73 +35⋅48
oder wenn man -23⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +23⋅73 = +35⋅48
Es gilt also: 35⋅48 = 23⋅73 +1
Somit 35⋅48 = 1 mod 73
35 ist also das Inverse von 48 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
