Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (204 + 8004) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(204 + 8004) mod 4 ≡ (204 mod 4 + 8004 mod 4) mod 4.
204 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 204
= 200
8004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8004
= 8000
Somit gilt:
(204 + 8004) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (79 ⋅ 99) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(79 ⋅ 99) mod 11 ≡ (79 mod 11 ⋅ 99 mod 11) mod 11.
79 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 77 + 2 = 7 ⋅ 11 + 2 ist.
99 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 99 + 0 = 9 ⋅ 11 + 0 ist.
Somit gilt:
(79 ⋅ 99) mod 11 ≡ (2 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 17264 mod 271.
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. 172 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 1721=172
2: 1722=1721+1=1721⋅1721 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 45 mod 271
4: 1724=1722+2=1722⋅1722 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 128 mod 271
8: 1728=1724+4=1724⋅1724 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 124 mod 271
16: 17216=1728+8=1728⋅1728 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 200 mod 271
32: 17232=17216+16=17216⋅17216 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 163 mod 271
64: 17264=17232+32=17232⋅17232 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 11 mod 271
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 570229 mod 853.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 229 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 229 an und zerlegen 229 in eine Summer von 2er-Potenzen:
229 = 128+64+32+4+1
1: 5701=570
2: 5702=5701+1=5701⋅5701 ≡ 570⋅570=324900 ≡ 760 mod 853
4: 5704=5702+2=5702⋅5702 ≡ 760⋅760=577600 ≡ 119 mod 853
8: 5708=5704+4=5704⋅5704 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 513 mod 853
16: 57016=5708+8=5708⋅5708 ≡ 513⋅513=263169 ≡ 445 mod 853
32: 57032=57016+16=57016⋅57016 ≡ 445⋅445=198025 ≡ 129 mod 853
64: 57064=57032+32=57032⋅57032 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 434 mod 853
128: 570128=57064+64=57064⋅57064 ≡ 434⋅434=188356 ≡ 696 mod 853
570229
= 570128+64+32+4+1
= 570128⋅57064⋅57032⋅5704⋅5701
≡ 696 ⋅ 434 ⋅ 129 ⋅ 119 ⋅ 570 mod 853
≡ 302064 ⋅ 129 ⋅ 119 ⋅ 570 mod 853 ≡ 102 ⋅ 129 ⋅ 119 ⋅ 570 mod 853
≡ 13158 ⋅ 119 ⋅ 570 mod 853 ≡ 363 ⋅ 119 ⋅ 570 mod 853
≡ 43197 ⋅ 570 mod 853 ≡ 547 ⋅ 570 mod 853
≡ 311790 mod 853 ≡ 445 mod 853
Es gilt also: 570229 ≡ 445 mod 853
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 38.
Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 38
| =>53 | = 1⋅38 + 15 |
| =>38 | = 2⋅15 + 8 |
| =>15 | = 1⋅8 + 7 |
| =>8 | = 1⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,38)=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= 8-1⋅7 | |||
| 7= 15-1⋅8 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅8 -1⋅(15 -1⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅15 +1⋅ 8) = -1⋅15 +2⋅ 8 (=1) |
| 8= 38-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅15 +2⋅(38 -2⋅ 15)
= -1⋅15 +2⋅38 -4⋅ 15) = 2⋅38 -5⋅ 15 (=1) |
| 15= 53-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅38 -5⋅(53 -1⋅ 38)
= 2⋅38 -5⋅53 +5⋅ 38) = -5⋅53 +7⋅ 38 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,38)=1 = -5⋅53 +7⋅38
oder wenn man -5⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅53 = +7⋅38
Es gilt also: 7⋅38 = 5⋅53 +1
Somit 7⋅38 = 1 mod 53
7 ist also das Inverse von 38 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
