Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (49 - 10002) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(49 - 10002) mod 5 ≡ (49 mod 5 - 10002 mod 5) mod 5.
49 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49
= 40
10002 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 10002
= 10000
Somit gilt:
(49 - 10002) mod 5 ≡ (4 - 2) mod 5 ≡ 2 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (22 ⋅ 25) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(22 ⋅ 25) mod 4 ≡ (22 mod 4 ⋅ 25 mod 4) mod 4.
22 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 20 + 2 = 5 ⋅ 4 + 2 ist.
25 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 24 + 1 = 6 ⋅ 4 + 1 ist.
Somit gilt:
(22 ⋅ 25) mod 4 ≡ (2 ⋅ 1) mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 475128 mod 941.
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. 475 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 4751=475
2: 4752=4751+1=4751⋅4751 ≡ 475⋅475=225625 ≡ 726 mod 941
4: 4754=4752+2=4752⋅4752 ≡ 726⋅726=527076 ≡ 116 mod 941
8: 4758=4754+4=4754⋅4754 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 282 mod 941
16: 47516=4758+8=4758⋅4758 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 480 mod 941
32: 47532=47516+16=47516⋅47516 ≡ 480⋅480=230400 ≡ 796 mod 941
64: 47564=47532+32=47532⋅47532 ≡ 796⋅796=633616 ≡ 323 mod 941
128: 475128=47564+64=47564⋅47564 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 819 mod 941
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 631199 mod 773.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 199 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 199 an und zerlegen 199 in eine Summer von 2er-Potenzen:
199 = 128+64+4+2+1
1: 6311=631
2: 6312=6311+1=6311⋅6311 ≡ 631⋅631=398161 ≡ 66 mod 773
4: 6314=6312+2=6312⋅6312 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 491 mod 773
8: 6318=6314+4=6314⋅6314 ≡ 491⋅491=241081 ≡ 678 mod 773
16: 63116=6318+8=6318⋅6318 ≡ 678⋅678=459684 ≡ 522 mod 773
32: 63132=63116+16=63116⋅63116 ≡ 522⋅522=272484 ≡ 388 mod 773
64: 63164=63132+32=63132⋅63132 ≡ 388⋅388=150544 ≡ 582 mod 773
128: 631128=63164+64=63164⋅63164 ≡ 582⋅582=338724 ≡ 150 mod 773
631199
= 631128+64+4+2+1
= 631128⋅63164⋅6314⋅6312⋅6311
≡ 150 ⋅ 582 ⋅ 491 ⋅ 66 ⋅ 631 mod 773
≡ 87300 ⋅ 491 ⋅ 66 ⋅ 631 mod 773 ≡ 724 ⋅ 491 ⋅ 66 ⋅ 631 mod 773
≡ 355484 ⋅ 66 ⋅ 631 mod 773 ≡ 677 ⋅ 66 ⋅ 631 mod 773
≡ 44682 ⋅ 631 mod 773 ≡ 621 ⋅ 631 mod 773
≡ 391851 mod 773 ≡ 713 mod 773
Es gilt also: 631199 ≡ 713 mod 773
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 = 41 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
