Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2398 + 805) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2398 + 805) mod 8 ≡ (2398 mod 8 + 805 mod 8) mod 8.
2398 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2398
= 2400
805 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 805
= 800
Somit gilt:
(2398 + 805) mod 8 ≡ (6 + 5) mod 8 ≡ 11 mod 8 ≡ 3 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 55) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(43 ⋅ 55) mod 11 ≡ (43 mod 11 ⋅ 55 mod 11) mod 11.
43 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 33 + 10 = 3 ⋅ 11 + 10 ist.
55 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 55 + 0 = 5 ⋅ 11 + 0 ist.
Somit gilt:
(43 ⋅ 55) mod 11 ≡ (10 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 504128 mod 673.
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. 504 -> x
2. mod(x²,673) -> 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: 5041=504
2: 5042=5041+1=5041⋅5041 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 295 mod 673
4: 5044=5042+2=5042⋅5042 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 208 mod 673
8: 5048=5044+4=5044⋅5044 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 192 mod 673
16: 50416=5048+8=5048⋅5048 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 522 mod 673
32: 50432=50416+16=50416⋅50416 ≡ 522⋅522=272484 ≡ 592 mod 673
64: 50464=50432+32=50432⋅50432 ≡ 592⋅592=350464 ≡ 504 mod 673
128: 504128=50464+64=50464⋅50464 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 295 mod 673
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 509120 mod 673.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 120 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 120 an und zerlegen 120 in eine Summer von 2er-Potenzen:
120 = 64+32+16+8
1: 5091=509
2: 5092=5091+1=5091⋅5091 ≡ 509⋅509=259081 ≡ 649 mod 673
4: 5094=5092+2=5092⋅5092 ≡ 649⋅649=421201 ≡ 576 mod 673
8: 5098=5094+4=5094⋅5094 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 660 mod 673
16: 50916=5098+8=5098⋅5098 ≡ 660⋅660=435600 ≡ 169 mod 673
32: 50932=50916+16=50916⋅50916 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 295 mod 673
64: 50964=50932+32=50932⋅50932 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 208 mod 673
509120
= 50964+32+16+8
= 50964⋅50932⋅50916⋅5098
≡ 208 ⋅ 295 ⋅ 169 ⋅ 660 mod 673
≡ 61360 ⋅ 169 ⋅ 660 mod 673 ≡ 117 ⋅ 169 ⋅ 660 mod 673
≡ 19773 ⋅ 660 mod 673 ≡ 256 ⋅ 660 mod 673
≡ 168960 mod 673 ≡ 37 mod 673
Es gilt also: 509120 ≡ 37 mod 673
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 67.
Also bestimme x, so dass 67 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 67
| =>97 | = 1⋅67 + 30 |
| =>67 | = 2⋅30 + 7 |
| =>30 | = 4⋅7 + 2 |
| =>7 | = 3⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,67)=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= 7-3⋅2 | |||
| 2= 30-4⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -3⋅(30 -4⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅30 +12⋅ 7) = -3⋅30 +13⋅ 7 (=1) |
| 7= 67-2⋅30 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅30 +13⋅(67 -2⋅ 30)
= -3⋅30 +13⋅67 -26⋅ 30) = 13⋅67 -29⋅ 30 (=1) |
| 30= 97-1⋅67 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 13⋅67 -29⋅(97 -1⋅ 67)
= 13⋅67 -29⋅97 +29⋅ 67) = -29⋅97 +42⋅ 67 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,67)=1 = -29⋅97 +42⋅67
oder wenn man -29⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +29⋅97 = +42⋅67
Es gilt also: 42⋅67 = 29⋅97 +1
Somit 42⋅67 = 1 mod 97
42 ist also das Inverse von 67 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
