Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (156 + 3199) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(156 + 3199) mod 8 ≡ (156 mod 8 + 3199 mod 8) mod 8.
156 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 156
= 160
3199 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3199
= 3200
Somit gilt:
(156 + 3199) mod 8 ≡ (4 + 7) mod 8 ≡ 11 mod 8 ≡ 3 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (47 ⋅ 65) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(47 ⋅ 65) mod 7 ≡ (47 mod 7 ⋅ 65 mod 7) mod 7.
47 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 42 + 5 = 6 ⋅ 7 + 5 ist.
65 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 63 + 2 = 9 ⋅ 7 + 2 ist.
Somit gilt:
(47 ⋅ 65) mod 7 ≡ (5 ⋅ 2) mod 7 ≡ 10 mod 7 ≡ 3 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 67164 mod 691.
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. 671 -> x
2. mod(x²,691) -> 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: 6711=671
2: 6712=6711+1=6711⋅6711 ≡ 671⋅671=450241 ≡ 400 mod 691
4: 6714=6712+2=6712⋅6712 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 379 mod 691
8: 6718=6714+4=6714⋅6714 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 604 mod 691
16: 67116=6718+8=6718⋅6718 ≡ 604⋅604=364816 ≡ 659 mod 691
32: 67132=67116+16=67116⋅67116 ≡ 659⋅659=434281 ≡ 333 mod 691
64: 67164=67132+32=67132⋅67132 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 329 mod 691
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 249241 mod 823.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 241 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 241 an und zerlegen 241 in eine Summer von 2er-Potenzen:
241 = 128+64+32+16+1
1: 2491=249
2: 2492=2491+1=2491⋅2491 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 276 mod 823
4: 2494=2492+2=2492⋅2492 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 460 mod 823
8: 2498=2494+4=2494⋅2494 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 89 mod 823
16: 24916=2498+8=2498⋅2498 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 514 mod 823
32: 24932=24916+16=24916⋅24916 ≡ 514⋅514=264196 ≡ 13 mod 823
64: 24964=24932+32=24932⋅24932 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 823
128: 249128=24964+64=24964⋅24964 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 579 mod 823
249241
= 249128+64+32+16+1
= 249128⋅24964⋅24932⋅24916⋅2491
≡ 579 ⋅ 169 ⋅ 13 ⋅ 514 ⋅ 249 mod 823
≡ 97851 ⋅ 13 ⋅ 514 ⋅ 249 mod 823 ≡ 737 ⋅ 13 ⋅ 514 ⋅ 249 mod 823
≡ 9581 ⋅ 514 ⋅ 249 mod 823 ≡ 528 ⋅ 514 ⋅ 249 mod 823
≡ 271392 ⋅ 249 mod 823 ≡ 625 ⋅ 249 mod 823
≡ 155625 mod 823 ≡ 78 mod 823
Es gilt also: 249241 ≡ 78 mod 823
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 26.
Also bestimme x, so dass 26 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 26
=>73 | = 2⋅26 + 21 |
=>26 | = 1⋅21 + 5 |
=>21 | = 4⋅5 + 1 |
=>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,26)=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= 21-4⋅5 | |||
5= 26-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -4⋅(26 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -4⋅26 +4⋅ 21) = -4⋅26 +5⋅ 21 (=1) |
21= 73-2⋅26 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -4⋅26 +5⋅(73 -2⋅ 26)
= -4⋅26 +5⋅73 -10⋅ 26) = 5⋅73 -14⋅ 26 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,26)=1 = 5⋅73 -14⋅26
oder wenn man 5⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅73 = -14⋅26
-14⋅26 = -5⋅73 + 1 |+73⋅26
-14⋅26 + 73⋅26 = -5⋅73 + 73⋅26 + 1
(-14 + 73) ⋅ 26 = (-5 + 26) ⋅ 73 + 1
59⋅26 = 21⋅73 + 1
Es gilt also: 59⋅26 = 21⋅73 +1
Somit 59⋅26 = 1 mod 73
59 ist also das Inverse von 26 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.