Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (29 + 15003) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(29 + 15003) mod 3 ≡ (29 mod 3 + 15003 mod 3) mod 3.
29 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29
= 30
15003 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15003
= 15000
Somit gilt:
(29 + 15003) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 29) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(83 ⋅ 29) mod 9 ≡ (83 mod 9 ⋅ 29 mod 9) mod 9.
83 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 81 + 2 = 9 ⋅ 9 + 2 ist.
29 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 27 + 2 = 3 ⋅ 9 + 2 ist.
Somit gilt:
(83 ⋅ 29) mod 9 ≡ (2 ⋅ 2) mod 9 ≡ 4 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 204128 mod 317.
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. 204 -> x
2. mod(x²,317) -> 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: 2041=204
2: 2042=2041+1=2041⋅2041 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 89 mod 317
4: 2044=2042+2=2042⋅2042 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 313 mod 317
8: 2048=2044+4=2044⋅2044 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 16 mod 317
16: 20416=2048+8=2048⋅2048 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 317
32: 20432=20416+16=20416⋅20416 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 234 mod 317
64: 20464=20432+32=20432⋅20432 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 232 mod 317
128: 204128=20464+64=20464⋅20464 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 251 mod 317
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 247131 mod 283.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 131 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 131 an und zerlegen 131 in eine Summer von 2er-Potenzen:
131 = 128+2+1
1: 2471=247
2: 2472=2471+1=2471⋅2471 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 164 mod 283
4: 2474=2472+2=2472⋅2472 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 11 mod 283
8: 2478=2474+4=2474⋅2474 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 283
16: 24716=2478+8=2478⋅2478 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 208 mod 283
32: 24732=24716+16=24716⋅24716 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 248 mod 283
64: 24764=24732+32=24732⋅24732 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 93 mod 283
128: 247128=24764+64=24764⋅24764 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 159 mod 283
247131
= 247128+2+1
= 247128⋅2472⋅2471
≡ 159 ⋅ 164 ⋅ 247 mod 283
≡ 26076 ⋅ 247 mod 283 ≡ 40 ⋅ 247 mod 283
≡ 9880 mod 283 ≡ 258 mod 283
Es gilt also: 247131 ≡ 258 mod 283
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 52.
Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 52
| =>79 | = 1⋅52 + 27 |
| =>52 | = 1⋅27 + 25 |
| =>27 | = 1⋅25 + 2 |
| =>25 | = 12⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,52)=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= 25-12⋅2 | |||
| 2= 27-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -12⋅(27 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -12⋅27 +12⋅ 25) = -12⋅27 +13⋅ 25 (=1) |
| 25= 52-1⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -12⋅27 +13⋅(52 -1⋅ 27)
= -12⋅27 +13⋅52 -13⋅ 27) = 13⋅52 -25⋅ 27 (=1) |
| 27= 79-1⋅52 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅52 -25⋅(79 -1⋅ 52)
= 13⋅52 -25⋅79 +25⋅ 52) = -25⋅79 +38⋅ 52 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,52)=1 = -25⋅79 +38⋅52
oder wenn man -25⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +25⋅79 = +38⋅52
Es gilt also: 38⋅52 = 25⋅79 +1
Somit 38⋅52 = 1 mod 79
38 ist also das Inverse von 52 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
