Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (154 - 15993) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(154 - 15993) mod 8 ≡ (154 mod 8 - 15993 mod 8) mod 8.
154 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 154
= 160
15993 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15993
= 15000
Somit gilt:
(154 - 15993) mod 8 ≡ (2 - 1) mod 8 ≡ 1 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 72) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(68 ⋅ 72) mod 8 ≡ (68 mod 8 ⋅ 72 mod 8) mod 8.
68 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 64 + 4 = 8 ⋅ 8 + 4 ist.
72 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 9 ⋅ 8 + 0 ist.
Somit gilt:
(68 ⋅ 72) mod 8 ≡ (4 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 41632 mod 461.
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. 416 -> x
2. mod(x²,461) -> 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: 4161=416
2: 4162=4161+1=4161⋅4161 ≡ 416⋅416=173056 ≡ 181 mod 461
4: 4164=4162+2=4162⋅4162 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 30 mod 461
8: 4168=4164+4=4164⋅4164 ≡ 30⋅30=900 ≡ 439 mod 461
16: 41616=4168+8=4168⋅4168 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 23 mod 461
32: 41632=41616+16=41616⋅41616 ≡ 23⋅23=529 ≡ 68 mod 461
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 576236 mod 1009.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 236 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 236 an und zerlegen 236 in eine Summer von 2er-Potenzen:
236 = 128+64+32+8+4
1: 5761=576
2: 5762=5761+1=5761⋅5761 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 824 mod 1009
4: 5764=5762+2=5762⋅5762 ≡ 824⋅824=678976 ≡ 928 mod 1009
8: 5768=5764+4=5764⋅5764 ≡ 928⋅928=861184 ≡ 507 mod 1009
16: 57616=5768+8=5768⋅5768 ≡ 507⋅507=257049 ≡ 763 mod 1009
32: 57632=57616+16=57616⋅57616 ≡ 763⋅763=582169 ≡ 985 mod 1009
64: 57664=57632+32=57632⋅57632 ≡ 985⋅985=970225 ≡ 576 mod 1009
128: 576128=57664+64=57664⋅57664 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 824 mod 1009
576236
= 576128+64+32+8+4
= 576128⋅57664⋅57632⋅5768⋅5764
≡ 824 ⋅ 576 ⋅ 985 ⋅ 507 ⋅ 928 mod 1009
≡ 474624 ⋅ 985 ⋅ 507 ⋅ 928 mod 1009 ≡ 394 ⋅ 985 ⋅ 507 ⋅ 928 mod 1009
≡ 388090 ⋅ 507 ⋅ 928 mod 1009 ≡ 634 ⋅ 507 ⋅ 928 mod 1009
≡ 321438 ⋅ 928 mod 1009 ≡ 576 ⋅ 928 mod 1009
≡ 534528 mod 1009 ≡ 767 mod 1009
Es gilt also: 576236 ≡ 767 mod 1009
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 39.
Also bestimme x, so dass 39 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 39
| =>83 | = 2⋅39 + 5 |
| =>39 | = 7⋅5 + 4 |
| =>5 | = 1⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,39)=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= 5-1⋅4 | |||
| 4= 39-7⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -1⋅(39 -7⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅39 +7⋅ 5) = -1⋅39 +8⋅ 5 (=1) |
| 5= 83-2⋅39 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅39 +8⋅(83 -2⋅ 39)
= -1⋅39 +8⋅83 -16⋅ 39) = 8⋅83 -17⋅ 39 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,39)=1 = 8⋅83 -17⋅39
oder wenn man 8⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -8⋅83 = -17⋅39
-17⋅39 = -8⋅83 + 1 |+83⋅39
-17⋅39 + 83⋅39 = -8⋅83 + 83⋅39 + 1
(-17 + 83) ⋅ 39 = (-8 + 39) ⋅ 83 + 1
66⋅39 = 31⋅83 + 1
Es gilt also: 66⋅39 = 31⋅83 +1
Somit 66⋅39 = 1 mod 83
66 ist also das Inverse von 39 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
