Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (7002 - 3497) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(7002 - 3497) mod 7 ≡ (7002 mod 7 - 3497 mod 7) mod 7.
7002 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7002
= 7000
3497 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3497
= 3500
Somit gilt:
(7002 - 3497) mod 7 ≡ (2 - 4) mod 7 ≡ -2 mod 7 ≡ 5 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (100 ⋅ 16) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(100 ⋅ 16) mod 3 ≡ (100 mod 3 ⋅ 16 mod 3) mod 3.
100 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 99 + 1 = 33 ⋅ 3 + 1 ist.
16 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 15 + 1 = 5 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(100 ⋅ 16) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 32932 mod 953.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 329 -> x
2. mod(x²,953) -> 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: 3291=329
2: 3292=3291+1=3291⋅3291 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 552 mod 953
4: 3294=3292+2=3292⋅3292 ≡ 552⋅552=304704 ≡ 697 mod 953
8: 3298=3294+4=3294⋅3294 ≡ 697⋅697=485809 ≡ 732 mod 953
16: 32916=3298+8=3298⋅3298 ≡ 732⋅732=535824 ≡ 238 mod 953
32: 32932=32916+16=32916⋅32916 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 417 mod 953
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 679251 mod 797.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 251 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 251 an und zerlegen 251 in eine Summer von 2er-Potenzen:
251 = 128+64+32+16+8+2+1
1: 6791=679
2: 6792=6791+1=6791⋅6791 ≡ 679⋅679=461041 ≡ 375 mod 797
4: 6794=6792+2=6792⋅6792 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 353 mod 797
8: 6798=6794+4=6794⋅6794 ≡ 353⋅353=124609 ≡ 277 mod 797
16: 67916=6798+8=6798⋅6798 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 217 mod 797
32: 67932=67916+16=67916⋅67916 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 66 mod 797
64: 67964=67932+32=67932⋅67932 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 371 mod 797
128: 679128=67964+64=67964⋅67964 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 557 mod 797
679251
= 679128+64+32+16+8+2+1
= 679128⋅67964⋅67932⋅67916⋅6798⋅6792⋅6791
≡ 557 ⋅ 371 ⋅ 66 ⋅ 217 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797
≡ 206647 ⋅ 66 ⋅ 217 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797 ≡ 224 ⋅ 66 ⋅ 217 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797
≡ 14784 ⋅ 217 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797 ≡ 438 ⋅ 217 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797
≡ 95046 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797 ≡ 203 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797
≡ 56231 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797 ≡ 441 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797
≡ 165375 ⋅ 679 mod 797 ≡ 396 ⋅ 679 mod 797
≡ 268884 mod 797 ≡ 295 mod 797
Es gilt also: 679251 ≡ 295 mod 797
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 23.
Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 23
| =>73 | = 3⋅23 + 4 |
| =>23 | = 5⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,23)=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= 23-5⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(23 -5⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅23 +5⋅ 4) = -1⋅23 +6⋅ 4 (=1) |
| 4= 73-3⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅23 +6⋅(73 -3⋅ 23)
= -1⋅23 +6⋅73 -18⋅ 23) = 6⋅73 -19⋅ 23 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,23)=1 = 6⋅73 -19⋅23
oder wenn man 6⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 -6⋅73 = -19⋅23
-19⋅23 = -6⋅73 + 1 |+73⋅23
-19⋅23 + 73⋅23 = -6⋅73 + 73⋅23 + 1
(-19 + 73) ⋅ 23 = (-6 + 23) ⋅ 73 + 1
54⋅23 = 17⋅73 + 1
Es gilt also: 54⋅23 = 17⋅73 +1
Somit 54⋅23 = 1 mod 73
54 ist also das Inverse von 23 mod 73
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.
