Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (40006 - 40001) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(40006 - 40001) mod 8 ≡ (40006 mod 8 - 40001 mod 8) mod 8.
40006 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40006
= 40000
40001 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40001
= 40000
Somit gilt:
(40006 - 40001) mod 8 ≡ (6 - 1) mod 8 ≡ 5 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 37) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(71 ⋅ 37) mod 5 ≡ (71 mod 5 ⋅ 37 mod 5) mod 5.
71 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 70 + 1 = 14 ⋅ 5 + 1 ist.
37 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 35 + 2 = 7 ⋅ 5 + 2 ist.
Somit gilt:
(71 ⋅ 37) mod 5 ≡ (1 ⋅ 2) mod 5 ≡ 2 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 33516 mod 449.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 335 -> x
2. mod(x²,449) -> 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: 3351=335
2: 3352=3351+1=3351⋅3351 ≡ 335⋅335=112225 ≡ 424 mod 449
4: 3354=3352+2=3352⋅3352 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 176 mod 449
8: 3358=3354+4=3354⋅3354 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 444 mod 449
16: 33516=3358+8=3358⋅3358 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 25 mod 449
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 688211 mod 769.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 211 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 211 an und zerlegen 211 in eine Summer von 2er-Potenzen:
211 = 128+64+16+2+1
1: 6881=688
2: 6882=6881+1=6881⋅6881 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 409 mod 769
4: 6884=6882+2=6882⋅6882 ≡ 409⋅409=167281 ≡ 408 mod 769
8: 6888=6884+4=6884⋅6884 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 360 mod 769
16: 68816=6888+8=6888⋅6888 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 408 mod 769
32: 68832=68816+16=68816⋅68816 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 360 mod 769
64: 68864=68832+32=68832⋅68832 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 408 mod 769
128: 688128=68864+64=68864⋅68864 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 360 mod 769
688211
= 688128+64+16+2+1
= 688128⋅68864⋅68816⋅6882⋅6881
≡ 360 ⋅ 408 ⋅ 408 ⋅ 409 ⋅ 688 mod 769
≡ 146880 ⋅ 408 ⋅ 409 ⋅ 688 mod 769 ≡ 1 ⋅ 408 ⋅ 409 ⋅ 688 mod 769
≡ 408 ⋅ 409 ⋅ 688 mod 769
≡ 166872 ⋅ 688 mod 769 ≡ 768 ⋅ 688 mod 769
≡ 528384 mod 769 ≡ 81 mod 769
Es gilt also: 688211 ≡ 81 mod 769
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 54.
Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 54
| =>83 | = 1⋅54 + 29 |
| =>54 | = 1⋅29 + 25 |
| =>29 | = 1⋅25 + 4 |
| =>25 | = 6⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,54)=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= 25-6⋅4 | |||
| 4= 29-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -6⋅(29 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -6⋅29 +6⋅ 25) = -6⋅29 +7⋅ 25 (=1) |
| 25= 54-1⋅29 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅29 +7⋅(54 -1⋅ 29)
= -6⋅29 +7⋅54 -7⋅ 29) = 7⋅54 -13⋅ 29 (=1) |
| 29= 83-1⋅54 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅54 -13⋅(83 -1⋅ 54)
= 7⋅54 -13⋅83 +13⋅ 54) = -13⋅83 +20⋅ 54 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,54)=1 = -13⋅83 +20⋅54
oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅83 = +20⋅54
Es gilt also: 20⋅54 = 13⋅83 +1
Somit 20⋅54 = 1 mod 83
20 ist also das Inverse von 54 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
