Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3999 + 2406) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3999 + 2406) mod 8 ≡ (3999 mod 8 + 2406 mod 8) mod 8.
3999 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3999
= 4000
2406 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2406
= 2400
Somit gilt:
(3999 + 2406) mod 8 ≡ (7 + 6) mod 8 ≡ 13 mod 8 ≡ 5 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (97 ⋅ 34) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(97 ⋅ 34) mod 5 ≡ (97 mod 5 ⋅ 34 mod 5) mod 5.
97 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 95 + 2 = 19 ⋅ 5 + 2 ist.
34 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 30 + 4 = 6 ⋅ 5 + 4 ist.
Somit gilt:
(97 ⋅ 34) mod 5 ≡ (2 ⋅ 4) mod 5 ≡ 8 mod 5 ≡ 3 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 260128 mod 503.
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. 260 -> x
2. mod(x²,503) -> 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: 2601=260
2: 2602=2601+1=2601⋅2601 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 198 mod 503
4: 2604=2602+2=2602⋅2602 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 473 mod 503
8: 2608=2604+4=2604⋅2604 ≡ 473⋅473=223729 ≡ 397 mod 503
16: 26016=2608+8=2608⋅2608 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 170 mod 503
32: 26032=26016+16=26016⋅26016 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 229 mod 503
64: 26064=26032+32=26032⋅26032 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 129 mod 503
128: 260128=26064+64=26064⋅26064 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 42 mod 503
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 125149 mod 241.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 149 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 149 an und zerlegen 149 in eine Summer von 2er-Potenzen:
149 = 128+16+4+1
1: 1251=125
2: 1252=1251+1=1251⋅1251 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 201 mod 241
4: 1254=1252+2=1252⋅1252 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 154 mod 241
8: 1258=1254+4=1254⋅1254 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 98 mod 241
16: 12516=1258+8=1258⋅1258 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 205 mod 241
32: 12532=12516+16=12516⋅12516 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 91 mod 241
64: 12564=12532+32=12532⋅12532 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 87 mod 241
128: 125128=12564+64=12564⋅12564 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 98 mod 241
125149
= 125128+16+4+1
= 125128⋅12516⋅1254⋅1251
≡ 98 ⋅ 205 ⋅ 154 ⋅ 125 mod 241
≡ 20090 ⋅ 154 ⋅ 125 mod 241 ≡ 87 ⋅ 154 ⋅ 125 mod 241
≡ 13398 ⋅ 125 mod 241 ≡ 143 ⋅ 125 mod 241
≡ 17875 mod 241 ≡ 41 mod 241
Es gilt also: 125149 ≡ 41 mod 241
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 24.
Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 24
| =>61 | = 2⋅24 + 13 |
| =>24 | = 1⋅13 + 11 |
| =>13 | = 1⋅11 + 2 |
| =>11 | = 5⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,24)=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= 11-5⋅2 | |||
| 2= 13-1⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -5⋅(13 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅13 +5⋅ 11) = -5⋅13 +6⋅ 11 (=1) |
| 11= 24-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅13 +6⋅(24 -1⋅ 13)
= -5⋅13 +6⋅24 -6⋅ 13) = 6⋅24 -11⋅ 13 (=1) |
| 13= 61-2⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 6⋅24 -11⋅(61 -2⋅ 24)
= 6⋅24 -11⋅61 +22⋅ 24) = -11⋅61 +28⋅ 24 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,24)=1 = -11⋅61 +28⋅24
oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅61 = +28⋅24
Es gilt also: 28⋅24 = 11⋅61 +1
Somit 28⋅24 = 1 mod 61
28 ist also das Inverse von 24 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
