Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (404 + 20000) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(404 + 20000) mod 4 ≡ (404 mod 4 + 20000 mod 4) mod 4.
404 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 404
= 400
20000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20000
= 20000
Somit gilt:
(404 + 20000) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 52) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(46 ⋅ 52) mod 8 ≡ (46 mod 8 ⋅ 52 mod 8) mod 8.
46 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 40 + 6 = 5 ⋅ 8 + 6 ist.
52 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 48 + 4 = 6 ⋅ 8 + 4 ist.
Somit gilt:
(46 ⋅ 52) mod 8 ≡ (6 ⋅ 4) mod 8 ≡ 24 mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 56316 mod 797.
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. 563 -> x
2. mod(x²,797) -> 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: 5631=563
2: 5632=5631+1=5631⋅5631 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 560 mod 797
4: 5634=5632+2=5632⋅5632 ≡ 560⋅560=313600 ≡ 379 mod 797
8: 5638=5634+4=5634⋅5634 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 181 mod 797
16: 56316=5638+8=5638⋅5638 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 84 mod 797
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 716159 mod 757.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 159 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 159 an und zerlegen 159 in eine Summer von 2er-Potenzen:
159 = 128+16+8+4+2+1
1: 7161=716
2: 7162=7161+1=7161⋅7161 ≡ 716⋅716=512656 ≡ 167 mod 757
4: 7164=7162+2=7162⋅7162 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 637 mod 757
8: 7168=7164+4=7164⋅7164 ≡ 637⋅637=405769 ≡ 17 mod 757
16: 71616=7168+8=7168⋅7168 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 757
32: 71632=71616+16=71616⋅71616 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 251 mod 757
64: 71664=71632+32=71632⋅71632 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 170 mod 757
128: 716128=71664+64=71664⋅71664 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 134 mod 757
716159
= 716128+16+8+4+2+1
= 716128⋅71616⋅7168⋅7164⋅7162⋅7161
≡ 134 ⋅ 289 ⋅ 17 ⋅ 637 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757
≡ 38726 ⋅ 17 ⋅ 637 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757 ≡ 119 ⋅ 17 ⋅ 637 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757
≡ 2023 ⋅ 637 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757 ≡ 509 ⋅ 637 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757
≡ 324233 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757 ≡ 237 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757
≡ 39579 ⋅ 716 mod 757 ≡ 215 ⋅ 716 mod 757
≡ 153940 mod 757 ≡ 269 mod 757
Es gilt also: 716159 ≡ 269 mod 757
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 69.
Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 69
| =>97 | = 1⋅69 + 28 |
| =>69 | = 2⋅28 + 13 |
| =>28 | = 2⋅13 + 2 |
| =>13 | = 6⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,69)=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= 13-6⋅2 | |||
| 2= 28-2⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅13 -6⋅(28 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -6⋅28 +12⋅ 13) = -6⋅28 +13⋅ 13 (=1) |
| 13= 69-2⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅28 +13⋅(69 -2⋅ 28)
= -6⋅28 +13⋅69 -26⋅ 28) = 13⋅69 -32⋅ 28 (=1) |
| 28= 97-1⋅69 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅69 -32⋅(97 -1⋅ 69)
= 13⋅69 -32⋅97 +32⋅ 69) = -32⋅97 +45⋅ 69 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,69)=1 = -32⋅97 +45⋅69
oder wenn man -32⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +32⋅97 = +45⋅69
Es gilt also: 45⋅69 = 32⋅97 +1
Somit 45⋅69 = 1 mod 97
45 ist also das Inverse von 69 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
