Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1502 + 1200) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1502 + 1200) mod 3 ≡ (1502 mod 3 + 1200 mod 3) mod 3.
1502 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1502
= 1500
1200 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200
= 1200
Somit gilt:
(1502 + 1200) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 19) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(83 ⋅ 19) mod 8 ≡ (83 mod 8 ⋅ 19 mod 8) mod 8.
83 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80 + 3 = 10 ⋅ 8 + 3 ist.
19 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 16 + 3 = 2 ⋅ 8 + 3 ist.
Somit gilt:
(83 ⋅ 19) mod 8 ≡ (3 ⋅ 3) mod 8 ≡ 9 mod 8 ≡ 1 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 294128 mod 419.
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. 294 -> x
2. mod(x²,419) -> 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: 2941=294
2: 2942=2941+1=2941⋅2941 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 122 mod 419
4: 2944=2942+2=2942⋅2942 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 219 mod 419
8: 2948=2944+4=2944⋅2944 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 195 mod 419
16: 29416=2948+8=2948⋅2948 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 315 mod 419
32: 29432=29416+16=29416⋅29416 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 341 mod 419
64: 29464=29432+32=29432⋅29432 ≡ 341⋅341=116281 ≡ 218 mod 419
128: 294128=29464+64=29464⋅29464 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 177 mod 419
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 24660 mod 509.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 60 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 60 an und zerlegen 60 in eine Summer von 2er-Potenzen:
60 = 32+16+8+4
1: 2461=246
2: 2462=2461+1=2461⋅2461 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 454 mod 509
4: 2464=2462+2=2462⋅2462 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 480 mod 509
8: 2468=2464+4=2464⋅2464 ≡ 480⋅480=230400 ≡ 332 mod 509
16: 24616=2468+8=2468⋅2468 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 280 mod 509
32: 24632=24616+16=24616⋅24616 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 14 mod 509
24660
= 24632+16+8+4
= 24632⋅24616⋅2468⋅2464
≡ 14 ⋅ 280 ⋅ 332 ⋅ 480 mod 509
≡ 3920 ⋅ 332 ⋅ 480 mod 509 ≡ 357 ⋅ 332 ⋅ 480 mod 509
≡ 118524 ⋅ 480 mod 509 ≡ 436 ⋅ 480 mod 509
≡ 209280 mod 509 ≡ 81 mod 509
Es gilt also: 24660 ≡ 81 mod 509
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 63.
Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 63
| =>67 | = 1⋅63 + 4 |
| =>63 | = 15⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,63)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 63-15⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(63 -15⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅63 +15⋅ 4) = -1⋅63 +16⋅ 4 (=1) |
| 4= 67-1⋅63 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅63 +16⋅(67 -1⋅ 63)
= -1⋅63 +16⋅67 -16⋅ 63) = 16⋅67 -17⋅ 63 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,63)=1 = 16⋅67 -17⋅63
oder wenn man 16⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -16⋅67 = -17⋅63
-17⋅63 = -16⋅67 + 1 |+67⋅63
-17⋅63 + 67⋅63 = -16⋅67 + 67⋅63 + 1
(-17 + 67) ⋅ 63 = (-16 + 63) ⋅ 67 + 1
50⋅63 = 47⋅67 + 1
Es gilt also: 50⋅63 = 47⋅67 +1
Somit 50⋅63 = 1 mod 67
50 ist also das Inverse von 63 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
