Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (399 - 4001) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(399 - 4001) mod 4 ≡ (399 mod 4 - 4001 mod 4) mod 4.
399 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 399
= 300
4001 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4001
= 4000
Somit gilt:
(399 - 4001) mod 4 ≡ (3 - 1) mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 97) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(19 ⋅ 97) mod 8 ≡ (19 mod 8 ⋅ 97 mod 8) mod 8.
19 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 16 + 3 = 2 ⋅ 8 + 3 ist.
97 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 96 + 1 = 12 ⋅ 8 + 1 ist.
Somit gilt:
(19 ⋅ 97) mod 8 ≡ (3 ⋅ 1) mod 8 ≡ 3 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 23064 mod 743.
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. 230 -> x
2. mod(x²,743) -> 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: 2301=230
2: 2302=2301+1=2301⋅2301 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 147 mod 743
4: 2304=2302+2=2302⋅2302 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 62 mod 743
8: 2308=2304+4=2304⋅2304 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 129 mod 743
16: 23016=2308+8=2308⋅2308 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 295 mod 743
32: 23032=23016+16=23016⋅23016 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 94 mod 743
64: 23064=23032+32=23032⋅23032 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 663 mod 743
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 472119 mod 643.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 119 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 119 an und zerlegen 119 in eine Summer von 2er-Potenzen:
119 = 64+32+16+4+2+1
1: 4721=472
2: 4722=4721+1=4721⋅4721 ≡ 472⋅472=222784 ≡ 306 mod 643
4: 4724=4722+2=4722⋅4722 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 401 mod 643
8: 4728=4724+4=4724⋅4724 ≡ 401⋅401=160801 ≡ 51 mod 643
16: 47216=4728+8=4728⋅4728 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 29 mod 643
32: 47232=47216+16=47216⋅47216 ≡ 29⋅29=841 ≡ 198 mod 643
64: 47264=47232+32=47232⋅47232 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 624 mod 643
472119
= 47264+32+16+4+2+1
= 47264⋅47232⋅47216⋅4724⋅4722⋅4721
≡ 624 ⋅ 198 ⋅ 29 ⋅ 401 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643
≡ 123552 ⋅ 29 ⋅ 401 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643 ≡ 96 ⋅ 29 ⋅ 401 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643
≡ 2784 ⋅ 401 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643 ≡ 212 ⋅ 401 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643
≡ 85012 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643 ≡ 136 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643
≡ 41616 ⋅ 472 mod 643 ≡ 464 ⋅ 472 mod 643
≡ 219008 mod 643 ≡ 388 mod 643
Es gilt also: 472119 ≡ 388 mod 643
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 25.
Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 25
| =>67 | = 2⋅25 + 17 |
| =>25 | = 1⋅17 + 8 |
| =>17 | = 2⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,25)=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= 17-2⋅8 | |||
| 8= 25-1⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -2⋅(25 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅25 +2⋅ 17) = -2⋅25 +3⋅ 17 (=1) |
| 17= 67-2⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅25 +3⋅(67 -2⋅ 25)
= -2⋅25 +3⋅67 -6⋅ 25) = 3⋅67 -8⋅ 25 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,25)=1 = 3⋅67 -8⋅25
oder wenn man 3⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -3⋅67 = -8⋅25
-8⋅25 = -3⋅67 + 1 |+67⋅25
-8⋅25 + 67⋅25 = -3⋅67 + 67⋅25 + 1
(-8 + 67) ⋅ 25 = (-3 + 25) ⋅ 67 + 1
59⋅25 = 22⋅67 + 1
Es gilt also: 59⋅25 = 22⋅67 +1
Somit 59⋅25 = 1 mod 67
59 ist also das Inverse von 25 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
