Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3000 + 1503) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3000 + 1503) mod 3 ≡ (3000 mod 3 + 1503 mod 3) mod 3.
3000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000
= 3000
1503 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1503
= 1500
Somit gilt:
(3000 + 1503) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (99 ⋅ 23) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(99 ⋅ 23) mod 7 ≡ (99 mod 7 ⋅ 23 mod 7) mod 7.
99 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 98 + 1 = 14 ⋅ 7 + 1 ist.
23 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 21 + 2 = 3 ⋅ 7 + 2 ist.
Somit gilt:
(99 ⋅ 23) mod 7 ≡ (1 ⋅ 2) mod 7 ≡ 2 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 32732 mod 331.
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. 327 -> x
2. mod(x²,331) -> 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: 3271=327
2: 3272=3271+1=3271⋅3271 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 16 mod 331
4: 3274=3272+2=3272⋅3272 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 331
8: 3278=3274+4=3274⋅3274 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 329 mod 331
16: 32716=3278+8=3278⋅3278 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 4 mod 331
32: 32732=32716+16=32716⋅32716 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 331
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 779242 mod 883.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 242 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 242 an und zerlegen 242 in eine Summer von 2er-Potenzen:
242 = 128+64+32+16+2
1: 7791=779
2: 7792=7791+1=7791⋅7791 ≡ 779⋅779=606841 ≡ 220 mod 883
4: 7794=7792+2=7792⋅7792 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 718 mod 883
8: 7798=7794+4=7794⋅7794 ≡ 718⋅718=515524 ≡ 735 mod 883
16: 77916=7798+8=7798⋅7798 ≡ 735⋅735=540225 ≡ 712 mod 883
32: 77932=77916+16=77916⋅77916 ≡ 712⋅712=506944 ≡ 102 mod 883
64: 77964=77932+32=77932⋅77932 ≡ 102⋅102=10404 ≡ 691 mod 883
128: 779128=77964+64=77964⋅77964 ≡ 691⋅691=477481 ≡ 661 mod 883
779242
= 779128+64+32+16+2
= 779128⋅77964⋅77932⋅77916⋅7792
≡ 661 ⋅ 691 ⋅ 102 ⋅ 712 ⋅ 220 mod 883
≡ 456751 ⋅ 102 ⋅ 712 ⋅ 220 mod 883 ≡ 240 ⋅ 102 ⋅ 712 ⋅ 220 mod 883
≡ 24480 ⋅ 712 ⋅ 220 mod 883 ≡ 639 ⋅ 712 ⋅ 220 mod 883
≡ 454968 ⋅ 220 mod 883 ≡ 223 ⋅ 220 mod 883
≡ 49060 mod 883 ≡ 495 mod 883
Es gilt also: 779242 ≡ 495 mod 883
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 54.
Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 54
| =>71 | = 1⋅54 + 17 |
| =>54 | = 3⋅17 + 3 |
| =>17 | = 5⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,54)=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= 3-1⋅2 | |||
| 2= 17-5⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(17 -5⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅17 +5⋅ 3) = -1⋅17 +6⋅ 3 (=1) |
| 3= 54-3⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅17 +6⋅(54 -3⋅ 17)
= -1⋅17 +6⋅54 -18⋅ 17) = 6⋅54 -19⋅ 17 (=1) |
| 17= 71-1⋅54 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 6⋅54 -19⋅(71 -1⋅ 54)
= 6⋅54 -19⋅71 +19⋅ 54) = -19⋅71 +25⋅ 54 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,54)=1 = -19⋅71 +25⋅54
oder wenn man -19⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 +19⋅71 = +25⋅54
Es gilt also: 25⋅54 = 19⋅71 +1
Somit 25⋅54 = 1 mod 71
25 ist also das Inverse von 54 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
