Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (323 + 1600) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(323 + 1600) mod 8 ≡ (323 mod 8 + 1600 mod 8) mod 8.
323 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 323
= 320
1600 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1600
= 1600
Somit gilt:
(323 + 1600) mod 8 ≡ (3 + 0) mod 8 ≡ 3 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 99) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(68 ⋅ 99) mod 11 ≡ (68 mod 11 ⋅ 99 mod 11) mod 11.
68 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 66 + 2 = 6 ⋅ 11 + 2 ist.
99 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 99 + 0 = 9 ⋅ 11 + 0 ist.
Somit gilt:
(68 ⋅ 99) mod 11 ≡ (2 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 23564 mod 653.
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. 235 -> x
2. mod(x²,653) -> 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: 2351=235
2: 2352=2351+1=2351⋅2351 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 373 mod 653
4: 2354=2352+2=2352⋅2352 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 40 mod 653
8: 2358=2354+4=2354⋅2354 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 294 mod 653
16: 23516=2358+8=2358⋅2358 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 240 mod 653
32: 23532=23516+16=23516⋅23516 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 136 mod 653
64: 23564=23532+32=23532⋅23532 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 212 mod 653
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 82248 mod 269.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:
248 = 128+64+32+16+8
1: 821=82
2: 822=821+1=821⋅821 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 268 mod 269
4: 824=822+2=822⋅822 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 1 mod 269
8: 828=824+4=824⋅824 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269
16: 8216=828+8=828⋅828 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269
32: 8232=8216+16=8216⋅8216 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269
64: 8264=8232+32=8232⋅8232 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269
128: 82128=8264+64=8264⋅8264 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269
82248
= 82128+64+32+16+8
= 82128⋅8264⋅8232⋅8216⋅828
≡ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 mod 269
≡ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 mod 269
≡ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 mod 269
≡ 1 ⋅ 1 mod 269
≡ 1 mod 269
Es gilt also: 82248 ≡ 1 mod 269
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 38.
Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 38
| =>73 | = 1⋅38 + 35 |
| =>38 | = 1⋅35 + 3 |
| =>35 | = 11⋅3 + 2 |
| =>3 | = 1⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,38)=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= 35-11⋅3 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅3 -1⋅(35 -11⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅35 +11⋅ 3) = -1⋅35 +12⋅ 3 (=1) |
| 3= 38-1⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅35 +12⋅(38 -1⋅ 35)
= -1⋅35 +12⋅38 -12⋅ 35) = 12⋅38 -13⋅ 35 (=1) |
| 35= 73-1⋅38 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 12⋅38 -13⋅(73 -1⋅ 38)
= 12⋅38 -13⋅73 +13⋅ 38) = -13⋅73 +25⋅ 38 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,38)=1 = -13⋅73 +25⋅38
oder wenn man -13⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅73 = +25⋅38
Es gilt also: 25⋅38 = 13⋅73 +1
Somit 25⋅38 = 1 mod 73
25 ist also das Inverse von 38 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
