Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (598 + 1502) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(598 + 1502) mod 3 ≡ (598 mod 3 + 1502 mod 3) mod 3.
598 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 598
= 600
1502 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1502
= 1500
Somit gilt:
(598 + 1502) mod 3 ≡ (1 + 2) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 34) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(65 ⋅ 34) mod 5 ≡ (65 mod 5 ⋅ 34 mod 5) mod 5.
65 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 65 + 0 = 13 ⋅ 5 + 0 ist.
34 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 30 + 4 = 6 ⋅ 5 + 4 ist.
Somit gilt:
(65 ⋅ 34) mod 5 ≡ (0 ⋅ 4) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 512128 mod 859.
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. 512 -> x
2. mod(x²,859) -> 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: 5121=512
2: 5122=5121+1=5121⋅5121 ≡ 512⋅512=262144 ≡ 149 mod 859
4: 5124=5122+2=5122⋅5122 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 726 mod 859
8: 5128=5124+4=5124⋅5124 ≡ 726⋅726=527076 ≡ 509 mod 859
16: 51216=5128+8=5128⋅5128 ≡ 509⋅509=259081 ≡ 522 mod 859
32: 51232=51216+16=51216⋅51216 ≡ 522⋅522=272484 ≡ 181 mod 859
64: 51264=51232+32=51232⋅51232 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 119 mod 859
128: 512128=51264+64=51264⋅51264 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 417 mod 859
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 193189 mod 229.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 189 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 189 an und zerlegen 189 in eine Summer von 2er-Potenzen:
189 = 128+32+16+8+4+1
1: 1931=193
2: 1932=1931+1=1931⋅1931 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 151 mod 229
4: 1934=1932+2=1932⋅1932 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 130 mod 229
8: 1938=1934+4=1934⋅1934 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 183 mod 229
16: 19316=1938+8=1938⋅1938 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 55 mod 229
32: 19332=19316+16=19316⋅19316 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 48 mod 229
64: 19364=19332+32=19332⋅19332 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 14 mod 229
128: 193128=19364+64=19364⋅19364 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 229
193189
= 193128+32+16+8+4+1
= 193128⋅19332⋅19316⋅1938⋅1934⋅1931
≡ 196 ⋅ 48 ⋅ 55 ⋅ 183 ⋅ 130 ⋅ 193 mod 229
≡ 9408 ⋅ 55 ⋅ 183 ⋅ 130 ⋅ 193 mod 229 ≡ 19 ⋅ 55 ⋅ 183 ⋅ 130 ⋅ 193 mod 229
≡ 1045 ⋅ 183 ⋅ 130 ⋅ 193 mod 229 ≡ 129 ⋅ 183 ⋅ 130 ⋅ 193 mod 229
≡ 23607 ⋅ 130 ⋅ 193 mod 229 ≡ 20 ⋅ 130 ⋅ 193 mod 229
≡ 2600 ⋅ 193 mod 229 ≡ 81 ⋅ 193 mod 229
≡ 15633 mod 229 ≡ 61 mod 229
Es gilt also: 193189 ≡ 61 mod 229
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 45.
Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 45
=>79 | = 1⋅45 + 34 |
=>45 | = 1⋅34 + 11 |
=>34 | = 3⋅11 + 1 |
=>11 | = 11⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,45)=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= 34-3⋅11 | |||
11= 45-1⋅34 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅34 -3⋅(45 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -3⋅45 +3⋅ 34) = -3⋅45 +4⋅ 34 (=1) |
34= 79-1⋅45 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅45 +4⋅(79 -1⋅ 45)
= -3⋅45 +4⋅79 -4⋅ 45) = 4⋅79 -7⋅ 45 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,45)=1 = 4⋅79 -7⋅45
oder wenn man 4⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -4⋅79 = -7⋅45
-7⋅45 = -4⋅79 + 1 |+79⋅45
-7⋅45 + 79⋅45 = -4⋅79 + 79⋅45 + 1
(-7 + 79) ⋅ 45 = (-4 + 45) ⋅ 79 + 1
72⋅45 = 41⋅79 + 1
Es gilt also: 72⋅45 = 41⋅79 +1
Somit 72⋅45 = 1 mod 79
72 ist also das Inverse von 45 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.