Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (165 + 32005) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(165 + 32005) mod 8 ≡ (165 mod 8 + 32005 mod 8) mod 8.
165 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 165
= 160
32005 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32005
= 32000
Somit gilt:
(165 + 32005) mod 8 ≡ (5 + 5) mod 8 ≡ 10 mod 8 ≡ 2 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 56) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(98 ⋅ 56) mod 8 ≡ (98 mod 8 ⋅ 56 mod 8) mod 8.
98 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 12 ⋅ 8 + 2 ist.
56 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 56 + 0 = 7 ⋅ 8 + 0 ist.
Somit gilt:
(98 ⋅ 56) mod 8 ≡ (2 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 403128 mod 479.
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. 403 -> x
2. mod(x²,479) -> 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: 4031=403
2: 4032=4031+1=4031⋅4031 ≡ 403⋅403=162409 ≡ 28 mod 479
4: 4034=4032+2=4032⋅4032 ≡ 28⋅28=784 ≡ 305 mod 479
8: 4038=4034+4=4034⋅4034 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 99 mod 479
16: 40316=4038+8=4038⋅4038 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 221 mod 479
32: 40332=40316+16=40316⋅40316 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 462 mod 479
64: 40364=40332+32=40332⋅40332 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 289 mod 479
128: 403128=40364+64=40364⋅40364 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 175 mod 479
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 375126 mod 503.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 126 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 126 an und zerlegen 126 in eine Summer von 2er-Potenzen:
126 = 64+32+16+8+4+2
1: 3751=375
2: 3752=3751+1=3751⋅3751 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 288 mod 503
4: 3754=3752+2=3752⋅3752 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 452 mod 503
8: 3758=3754+4=3754⋅3754 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 86 mod 503
16: 37516=3758+8=3758⋅3758 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 354 mod 503
32: 37532=37516+16=37516⋅37516 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 69 mod 503
64: 37564=37532+32=37532⋅37532 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 234 mod 503
375126
= 37564+32+16+8+4+2
= 37564⋅37532⋅37516⋅3758⋅3754⋅3752
≡ 234 ⋅ 69 ⋅ 354 ⋅ 86 ⋅ 452 ⋅ 288 mod 503
≡ 16146 ⋅ 354 ⋅ 86 ⋅ 452 ⋅ 288 mod 503 ≡ 50 ⋅ 354 ⋅ 86 ⋅ 452 ⋅ 288 mod 503
≡ 17700 ⋅ 86 ⋅ 452 ⋅ 288 mod 503 ≡ 95 ⋅ 86 ⋅ 452 ⋅ 288 mod 503
≡ 8170 ⋅ 452 ⋅ 288 mod 503 ≡ 122 ⋅ 452 ⋅ 288 mod 503
≡ 55144 ⋅ 288 mod 503 ≡ 317 ⋅ 288 mod 503
≡ 91296 mod 503 ≡ 253 mod 503
Es gilt also: 375126 ≡ 253 mod 503
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 37.
Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 37
| =>89 | = 2⋅37 + 15 |
| =>37 | = 2⋅15 + 7 |
| =>15 | = 2⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,37)=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= 15-2⋅7 | |||
| 7= 37-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -2⋅(37 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -2⋅37 +4⋅ 15) = -2⋅37 +5⋅ 15 (=1) |
| 15= 89-2⋅37 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅37 +5⋅(89 -2⋅ 37)
= -2⋅37 +5⋅89 -10⋅ 37) = 5⋅89 -12⋅ 37 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,37)=1 = 5⋅89 -12⋅37
oder wenn man 5⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅89 = -12⋅37
-12⋅37 = -5⋅89 + 1 |+89⋅37
-12⋅37 + 89⋅37 = -5⋅89 + 89⋅37 + 1
(-12 + 89) ⋅ 37 = (-5 + 37) ⋅ 89 + 1
77⋅37 = 32⋅89 + 1
Es gilt also: 77⋅37 = 32⋅89 +1
Somit 77⋅37 = 1 mod 89
77 ist also das Inverse von 37 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
