Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2003 - 1604) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2003 - 1604) mod 4 ≡ (2003 mod 4 - 1604 mod 4) mod 4.
2003 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2003
= 2000
1604 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1604
= 1600
Somit gilt:
(2003 - 1604) mod 4 ≡ (3 - 0) mod 4 ≡ 3 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (24 ⋅ 98) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(24 ⋅ 98) mod 4 ≡ (24 mod 4 ⋅ 98 mod 4) mod 4.
24 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 24 + 0 = 6 ⋅ 4 + 0 ist.
98 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 24 ⋅ 4 + 2 ist.
Somit gilt:
(24 ⋅ 98) mod 4 ≡ (0 ⋅ 2) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 48932 mod 619.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 489 -> x
2. mod(x²,619) -> 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: 4891=489
2: 4892=4891+1=4891⋅4891 ≡ 489⋅489=239121 ≡ 187 mod 619
4: 4894=4892+2=4892⋅4892 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 305 mod 619
8: 4898=4894+4=4894⋅4894 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 175 mod 619
16: 48916=4898+8=4898⋅4898 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 294 mod 619
32: 48932=48916+16=48916⋅48916 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 395 mod 619
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 178213 mod 439.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 213 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 213 an und zerlegen 213 in eine Summer von 2er-Potenzen:
213 = 128+64+16+4+1
1: 1781=178
2: 1782=1781+1=1781⋅1781 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 76 mod 439
4: 1784=1782+2=1782⋅1782 ≡ 76⋅76=5776 ≡ 69 mod 439
8: 1788=1784+4=1784⋅1784 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 371 mod 439
16: 17816=1788+8=1788⋅1788 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 234 mod 439
32: 17832=17816+16=17816⋅17816 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 320 mod 439
64: 17864=17832+32=17832⋅17832 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 113 mod 439
128: 178128=17864+64=17864⋅17864 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 38 mod 439
178213
= 178128+64+16+4+1
= 178128⋅17864⋅17816⋅1784⋅1781
≡ 38 ⋅ 113 ⋅ 234 ⋅ 69 ⋅ 178 mod 439
≡ 4294 ⋅ 234 ⋅ 69 ⋅ 178 mod 439 ≡ 343 ⋅ 234 ⋅ 69 ⋅ 178 mod 439
≡ 80262 ⋅ 69 ⋅ 178 mod 439 ≡ 364 ⋅ 69 ⋅ 178 mod 439
≡ 25116 ⋅ 178 mod 439 ≡ 93 ⋅ 178 mod 439
≡ 16554 mod 439 ≡ 311 mod 439
Es gilt also: 178213 ≡ 311 mod 439
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 41.
Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 41
| =>79 | = 1⋅41 + 38 |
| =>41 | = 1⋅38 + 3 |
| =>38 | = 12⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,41)=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= 38-12⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(38 -12⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅38 +12⋅ 3) = -1⋅38 +13⋅ 3 (=1) |
| 3= 41-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅38 +13⋅(41 -1⋅ 38)
= -1⋅38 +13⋅41 -13⋅ 38) = 13⋅41 -14⋅ 38 (=1) |
| 38= 79-1⋅41 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅41 -14⋅(79 -1⋅ 41)
= 13⋅41 -14⋅79 +14⋅ 41) = -14⋅79 +27⋅ 41 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,41)=1 = -14⋅79 +27⋅41
oder wenn man -14⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +14⋅79 = +27⋅41
Es gilt also: 27⋅41 = 14⋅79 +1
Somit 27⋅41 = 1 mod 79
27 ist also das Inverse von 41 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
