Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (5998 + 8999) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(5998 + 8999) mod 3 ≡ (5998 mod 3 + 8999 mod 3) mod 3.
5998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5998
= 6000
8999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8999
= 9000
Somit gilt:
(5998 + 8999) mod 3 ≡ (1 + 2) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 96) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(67 ⋅ 96) mod 9 ≡ (67 mod 9 ⋅ 96 mod 9) mod 9.
67 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 63 + 4 = 7 ⋅ 9 + 4 ist.
96 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 90 + 6 = 10 ⋅ 9 + 6 ist.
Somit gilt:
(67 ⋅ 96) mod 9 ≡ (4 ⋅ 6) mod 9 ≡ 24 mod 9 ≡ 6 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 605128 mod 907.
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. 605 -> x
2. mod(x²,907) -> 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: 6051=605
2: 6052=6051+1=6051⋅6051 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 504 mod 907
4: 6054=6052+2=6052⋅6052 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 56 mod 907
8: 6058=6054+4=6054⋅6054 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 415 mod 907
16: 60516=6058+8=6058⋅6058 ≡ 415⋅415=172225 ≡ 802 mod 907
32: 60532=60516+16=60516⋅60516 ≡ 802⋅802=643204 ≡ 141 mod 907
64: 60564=60532+32=60532⋅60532 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 834 mod 907
128: 605128=60564+64=60564⋅60564 ≡ 834⋅834=695556 ≡ 794 mod 907
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 326143 mod 359.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 143 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 143 an und zerlegen 143 in eine Summer von 2er-Potenzen:
143 = 128+8+4+2+1
1: 3261=326
2: 3262=3261+1=3261⋅3261 ≡ 326⋅326=106276 ≡ 12 mod 359
4: 3264=3262+2=3262⋅3262 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 359
8: 3268=3264+4=3264⋅3264 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 273 mod 359
16: 32616=3268+8=3268⋅3268 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 216 mod 359
32: 32632=32616+16=32616⋅32616 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 345 mod 359
64: 32664=32632+32=32632⋅32632 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 196 mod 359
128: 326128=32664+64=32664⋅32664 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 3 mod 359
326143
= 326128+8+4+2+1
= 326128⋅3268⋅3264⋅3262⋅3261
≡ 3 ⋅ 273 ⋅ 144 ⋅ 12 ⋅ 326 mod 359
≡ 819 ⋅ 144 ⋅ 12 ⋅ 326 mod 359 ≡ 101 ⋅ 144 ⋅ 12 ⋅ 326 mod 359
≡ 14544 ⋅ 12 ⋅ 326 mod 359 ≡ 184 ⋅ 12 ⋅ 326 mod 359
≡ 2208 ⋅ 326 mod 359 ≡ 54 ⋅ 326 mod 359
≡ 17604 mod 359 ≡ 13 mod 359
Es gilt also: 326143 ≡ 13 mod 359
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 18.
Also bestimme x, so dass 18 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 18
| =>61 | = 3⋅18 + 7 |
| =>18 | = 2⋅7 + 4 |
| =>7 | = 1⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,18)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 7-1⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(7 -1⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅7 +1⋅ 4) = -1⋅7 +2⋅ 4 (=1) |
| 4= 18-2⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅7 +2⋅(18 -2⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅18 -4⋅ 7) = 2⋅18 -5⋅ 7 (=1) |
| 7= 61-3⋅18 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅18 -5⋅(61 -3⋅ 18)
= 2⋅18 -5⋅61 +15⋅ 18) = -5⋅61 +17⋅ 18 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,18)=1 = -5⋅61 +17⋅18
oder wenn man -5⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅61 = +17⋅18
Es gilt also: 17⋅18 = 5⋅61 +1
Somit 17⋅18 = 1 mod 61
17 ist also das Inverse von 18 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
