Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (606 + 605) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(606 + 605) mod 6 ≡ (606 mod 6 + 605 mod 6) mod 6.
606 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 606
= 600
605 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 605
= 600
Somit gilt:
(606 + 605) mod 6 ≡ (0 + 5) mod 6 ≡ 5 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (78 ⋅ 80) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(78 ⋅ 80) mod 5 ≡ (78 mod 5 ⋅ 80 mod 5) mod 5.
78 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 75 + 3 = 15 ⋅ 5 + 3 ist.
80 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80 + 0 = 16 ⋅ 5 + 0 ist.
Somit gilt:
(78 ⋅ 80) mod 5 ≡ (3 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 45316 mod 653.
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. 453 -> x
2. mod(x²,653) -> 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: 4531=453
2: 4532=4531+1=4531⋅4531 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 167 mod 653
4: 4534=4532+2=4532⋅4532 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 463 mod 653
8: 4538=4534+4=4534⋅4534 ≡ 463⋅463=214369 ≡ 185 mod 653
16: 45316=4538+8=4538⋅4538 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 269 mod 653
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 497239 mod 823.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 239 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 239 an und zerlegen 239 in eine Summer von 2er-Potenzen:
239 = 128+64+32+8+4+2+1
1: 4971=497
2: 4972=4971+1=4971⋅4971 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 109 mod 823
4: 4974=4972+2=4972⋅4972 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 359 mod 823
8: 4978=4974+4=4974⋅4974 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 493 mod 823
16: 49716=4978+8=4978⋅4978 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 264 mod 823
32: 49732=49716+16=49716⋅49716 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 564 mod 823
64: 49764=49732+32=49732⋅49732 ≡ 564⋅564=318096 ≡ 418 mod 823
128: 497128=49764+64=49764⋅49764 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 248 mod 823
497239
= 497128+64+32+8+4+2+1
= 497128⋅49764⋅49732⋅4978⋅4974⋅4972⋅4971
≡ 248 ⋅ 418 ⋅ 564 ⋅ 493 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823
≡ 103664 ⋅ 564 ⋅ 493 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823 ≡ 789 ⋅ 564 ⋅ 493 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823
≡ 444996 ⋅ 493 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823 ≡ 576 ⋅ 493 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823
≡ 283968 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823 ≡ 33 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823
≡ 11847 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823 ≡ 325 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823
≡ 35425 ⋅ 497 mod 823 ≡ 36 ⋅ 497 mod 823
≡ 17892 mod 823 ≡ 609 mod 823
Es gilt also: 497239 ≡ 609 mod 823
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 54.
Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 54
| =>79 | = 1⋅54 + 25 |
| =>54 | = 2⋅25 + 4 |
| =>25 | = 6⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,54)=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= 25-6⋅4 | |||
| 4= 54-2⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -6⋅(54 -2⋅ 25)
= 1⋅25 -6⋅54 +12⋅ 25) = -6⋅54 +13⋅ 25 (=1) |
| 25= 79-1⋅54 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅54 +13⋅(79 -1⋅ 54)
= -6⋅54 +13⋅79 -13⋅ 54) = 13⋅79 -19⋅ 54 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,54)=1 = 13⋅79 -19⋅54
oder wenn man 13⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅79 = -19⋅54
-19⋅54 = -13⋅79 + 1 |+79⋅54
-19⋅54 + 79⋅54 = -13⋅79 + 79⋅54 + 1
(-19 + 79) ⋅ 54 = (-13 + 54) ⋅ 79 + 1
60⋅54 = 41⋅79 + 1
Es gilt also: 60⋅54 = 41⋅79 +1
Somit 60⋅54 = 1 mod 79
60 ist also das Inverse von 54 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
