Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (43 + 1999) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(43 + 1999) mod 4 ≡ (43 mod 4 + 1999 mod 4) mod 4.
43 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43
= 40
1999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1999
= 1900
Somit gilt:
(43 + 1999) mod 4 ≡ (3 + 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 43) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23 ⋅ 43) mod 7 ≡ (23 mod 7 ⋅ 43 mod 7) mod 7.
23 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 21 + 2 = 3 ⋅ 7 + 2 ist.
43 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 42 + 1 = 6 ⋅ 7 + 1 ist.
Somit gilt:
(23 ⋅ 43) mod 7 ≡ (2 ⋅ 1) mod 7 ≡ 2 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 51964 mod 587.
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. 519 -> x
2. mod(x²,587) -> 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: 5191=519
2: 5192=5191+1=5191⋅5191 ≡ 519⋅519=269361 ≡ 515 mod 587
4: 5194=5192+2=5192⋅5192 ≡ 515⋅515=265225 ≡ 488 mod 587
8: 5198=5194+4=5194⋅5194 ≡ 488⋅488=238144 ≡ 409 mod 587
16: 51916=5198+8=5198⋅5198 ≡ 409⋅409=167281 ≡ 573 mod 587
32: 51932=51916+16=51916⋅51916 ≡ 573⋅573=328329 ≡ 196 mod 587
64: 51964=51932+32=51932⋅51932 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 261 mod 587
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 661151 mod 739.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 151 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 151 an und zerlegen 151 in eine Summer von 2er-Potenzen:
151 = 128+16+4+2+1
1: 6611=661
2: 6612=6611+1=6611⋅6611 ≡ 661⋅661=436921 ≡ 172 mod 739
4: 6614=6612+2=6612⋅6612 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 24 mod 739
8: 6618=6614+4=6614⋅6614 ≡ 24⋅24=576 ≡ 576 mod 739
16: 66116=6618+8=6618⋅6618 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 704 mod 739
32: 66132=66116+16=66116⋅66116 ≡ 704⋅704=495616 ≡ 486 mod 739
64: 66164=66132+32=66132⋅66132 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 455 mod 739
128: 661128=66164+64=66164⋅66164 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 105 mod 739
661151
= 661128+16+4+2+1
= 661128⋅66116⋅6614⋅6612⋅6611
≡ 105 ⋅ 704 ⋅ 24 ⋅ 172 ⋅ 661 mod 739
≡ 73920 ⋅ 24 ⋅ 172 ⋅ 661 mod 739 ≡ 20 ⋅ 24 ⋅ 172 ⋅ 661 mod 739
≡ 480 ⋅ 172 ⋅ 661 mod 739
≡ 82560 ⋅ 661 mod 739 ≡ 531 ⋅ 661 mod 739
≡ 350991 mod 739 ≡ 705 mod 739
Es gilt also: 661151 ≡ 705 mod 739
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 28.
Also bestimme x, so dass 28 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 28
| =>61 | = 2⋅28 + 5 |
| =>28 | = 5⋅5 + 3 |
| =>5 | = 1⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,28)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 5-1⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(5 -1⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅5 +1⋅ 3) = -1⋅5 +2⋅ 3 (=1) |
| 3= 28-5⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅5 +2⋅(28 -5⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅28 -10⋅ 5) = 2⋅28 -11⋅ 5 (=1) |
| 5= 61-2⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅28 -11⋅(61 -2⋅ 28)
= 2⋅28 -11⋅61 +22⋅ 28) = -11⋅61 +24⋅ 28 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,28)=1 = -11⋅61 +24⋅28
oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅61 = +24⋅28
Es gilt also: 24⋅28 = 11⋅61 +1
Somit 24⋅28 = 1 mod 61
24 ist also das Inverse von 28 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
