Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2709 + 456) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2709 + 456) mod 9 ≡ (2709 mod 9 + 456 mod 9) mod 9.
2709 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2709
= 2700
456 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 456
= 450
Somit gilt:
(2709 + 456) mod 9 ≡ (0 + 6) mod 9 ≡ 6 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (33 ⋅ 81) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(33 ⋅ 81) mod 8 ≡ (33 mod 8 ⋅ 81 mod 8) mod 8.
33 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 32 + 1 = 4 ⋅ 8 + 1 ist.
81 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 80 + 1 = 10 ⋅ 8 + 1 ist.
Somit gilt:
(33 ⋅ 81) mod 8 ≡ (1 ⋅ 1) mod 8 ≡ 1 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 31364 mod 373.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 313 -> x
2. mod(x²,373) -> 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: 3131=313
2: 3132=3131+1=3131⋅3131 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 243 mod 373
4: 3134=3132+2=3132⋅3132 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 115 mod 373
8: 3138=3134+4=3134⋅3134 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 170 mod 373
16: 31316=3138+8=3138⋅3138 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 179 mod 373
32: 31332=31316+16=31316⋅31316 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 336 mod 373
64: 31364=31332+32=31332⋅31332 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 250 mod 373
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 63363 mod 883.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 63 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 63 an und zerlegen 63 in eine Summer von 2er-Potenzen:
63 = 32+16+8+4+2+1
1: 6331=633
2: 6332=6331+1=6331⋅6331 ≡ 633⋅633=400689 ≡ 690 mod 883
4: 6334=6332+2=6332⋅6332 ≡ 690⋅690=476100 ≡ 163 mod 883
8: 6338=6334+4=6334⋅6334 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 79 mod 883
16: 63316=6338+8=6338⋅6338 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 60 mod 883
32: 63332=63316+16=63316⋅63316 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 68 mod 883
63363
= 63332+16+8+4+2+1
= 63332⋅63316⋅6338⋅6334⋅6332⋅6331
≡ 68 ⋅ 60 ⋅ 79 ⋅ 163 ⋅ 690 ⋅ 633 mod 883
≡ 4080 ⋅ 79 ⋅ 163 ⋅ 690 ⋅ 633 mod 883 ≡ 548 ⋅ 79 ⋅ 163 ⋅ 690 ⋅ 633 mod 883
≡ 43292 ⋅ 163 ⋅ 690 ⋅ 633 mod 883 ≡ 25 ⋅ 163 ⋅ 690 ⋅ 633 mod 883
≡ 4075 ⋅ 690 ⋅ 633 mod 883 ≡ 543 ⋅ 690 ⋅ 633 mod 883
≡ 374670 ⋅ 633 mod 883 ≡ 278 ⋅ 633 mod 883
≡ 175974 mod 883 ≡ 257 mod 883
Es gilt also: 63363 ≡ 257 mod 883
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 37.
Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 37
| =>53 | = 1⋅37 + 16 |
| =>37 | = 2⋅16 + 5 |
| =>16 | = 3⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,37)=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= 16-3⋅5 | |||
| 5= 37-2⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅16 -3⋅(37 -2⋅ 16)
= 1⋅16 -3⋅37 +6⋅ 16) = -3⋅37 +7⋅ 16 (=1) |
| 16= 53-1⋅37 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅37 +7⋅(53 -1⋅ 37)
= -3⋅37 +7⋅53 -7⋅ 37) = 7⋅53 -10⋅ 37 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,37)=1 = 7⋅53 -10⋅37
oder wenn man 7⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅53 = -10⋅37
-10⋅37 = -7⋅53 + 1 |+53⋅37
-10⋅37 + 53⋅37 = -7⋅53 + 53⋅37 + 1
(-10 + 53) ⋅ 37 = (-7 + 37) ⋅ 53 + 1
43⋅37 = 30⋅53 + 1
Es gilt also: 43⋅37 = 30⋅53 +1
Somit 43⋅37 = 1 mod 53
43 ist also das Inverse von 37 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
