Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (12000 + 1202) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(12000 + 1202) mod 3 ≡ (12000 mod 3 + 1202 mod 3) mod 3.
12000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000
= 12000
1202 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1202
= 1200
Somit gilt:
(12000 + 1202) mod 3 ≡ (0 + 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (22 ⋅ 88) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(22 ⋅ 88) mod 8 ≡ (22 mod 8 ⋅ 88 mod 8) mod 8.
22 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 16 + 6 = 2 ⋅ 8 + 6 ist.
88 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 88 + 0 = 11 ⋅ 8 + 0 ist.
Somit gilt:
(22 ⋅ 88) mod 8 ≡ (6 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 210128 mod 379.
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. 210 -> x
2. mod(x²,379) -> 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: 2101=210
2: 2102=2101+1=2101⋅2101 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 136 mod 379
4: 2104=2102+2=2102⋅2102 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 304 mod 379
8: 2108=2104+4=2104⋅2104 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 319 mod 379
16: 21016=2108+8=2108⋅2108 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 189 mod 379
32: 21032=21016+16=21016⋅21016 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 95 mod 379
64: 21064=21032+32=21032⋅21032 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 308 mod 379
128: 210128=21064+64=21064⋅21064 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 114 mod 379
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 54793 mod 839.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 93 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 93 an und zerlegen 93 in eine Summer von 2er-Potenzen:
93 = 64+16+8+4+1
1: 5471=547
2: 5472=5471+1=5471⋅5471 ≡ 547⋅547=299209 ≡ 525 mod 839
4: 5474=5472+2=5472⋅5472 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 433 mod 839
8: 5478=5474+4=5474⋅5474 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 392 mod 839
16: 54716=5478+8=5478⋅5478 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 127 mod 839
32: 54732=54716+16=54716⋅54716 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 188 mod 839
64: 54764=54732+32=54732⋅54732 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 106 mod 839
54793
= 54764+16+8+4+1
= 54764⋅54716⋅5478⋅5474⋅5471
≡ 106 ⋅ 127 ⋅ 392 ⋅ 433 ⋅ 547 mod 839
≡ 13462 ⋅ 392 ⋅ 433 ⋅ 547 mod 839 ≡ 38 ⋅ 392 ⋅ 433 ⋅ 547 mod 839
≡ 14896 ⋅ 433 ⋅ 547 mod 839 ≡ 633 ⋅ 433 ⋅ 547 mod 839
≡ 274089 ⋅ 547 mod 839 ≡ 575 ⋅ 547 mod 839
≡ 314525 mod 839 ≡ 739 mod 839
Es gilt also: 54793 ≡ 739 mod 839
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 19.
Also bestimme x, so dass 19 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 19
| =>53 | = 2⋅19 + 15 |
| =>19 | = 1⋅15 + 4 |
| =>15 | = 3⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,19)=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= 15-3⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(15 -3⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅15 +3⋅ 4) = -1⋅15 +4⋅ 4 (=1) |
| 4= 19-1⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅15 +4⋅(19 -1⋅ 15)
= -1⋅15 +4⋅19 -4⋅ 15) = 4⋅19 -5⋅ 15 (=1) |
| 15= 53-2⋅19 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅19 -5⋅(53 -2⋅ 19)
= 4⋅19 -5⋅53 +10⋅ 19) = -5⋅53 +14⋅ 19 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,19)=1 = -5⋅53 +14⋅19
oder wenn man -5⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅53 = +14⋅19
Es gilt also: 14⋅19 = 5⋅53 +1
Somit 14⋅19 = 1 mod 53
14 ist also das Inverse von 19 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
