Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (18003 - 1800) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(18003 - 1800) mod 6 ≡ (18003 mod 6 - 1800 mod 6) mod 6.
18003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18003
= 18000
1800 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1800
= 1800
Somit gilt:
(18003 - 1800) mod 6 ≡ (3 - 0) mod 6 ≡ 3 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (16 ⋅ 35) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(16 ⋅ 35) mod 6 ≡ (16 mod 6 ⋅ 35 mod 6) mod 6.
16 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 12 + 4 = 2 ⋅ 6 + 4 ist.
35 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 30 + 5 = 5 ⋅ 6 + 5 ist.
Somit gilt:
(16 ⋅ 35) mod 6 ≡ (4 ⋅ 5) mod 6 ≡ 20 mod 6 ≡ 2 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 62332 mod 653.
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. 623 -> 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: 6231=623
2: 6232=6231+1=6231⋅6231 ≡ 623⋅623=388129 ≡ 247 mod 653
4: 6234=6232+2=6232⋅6232 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 280 mod 653
8: 6238=6234+4=6234⋅6234 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 40 mod 653
16: 62316=6238+8=6238⋅6238 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 294 mod 653
32: 62332=62316+16=62316⋅62316 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 240 mod 653
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 262182 mod 419.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 182 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 182 an und zerlegen 182 in eine Summer von 2er-Potenzen:
182 = 128+32+16+4+2
1: 2621=262
2: 2622=2621+1=2621⋅2621 ≡ 262⋅262=68644 ≡ 347 mod 419
4: 2624=2622+2=2622⋅2622 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 156 mod 419
8: 2628=2624+4=2624⋅2624 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 34 mod 419
16: 26216=2628+8=2628⋅2628 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 318 mod 419
32: 26232=26216+16=26216⋅26216 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 145 mod 419
64: 26264=26232+32=26232⋅26232 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 75 mod 419
128: 262128=26264+64=26264⋅26264 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 178 mod 419
262182
= 262128+32+16+4+2
= 262128⋅26232⋅26216⋅2624⋅2622
≡ 178 ⋅ 145 ⋅ 318 ⋅ 156 ⋅ 347 mod 419
≡ 25810 ⋅ 318 ⋅ 156 ⋅ 347 mod 419 ≡ 251 ⋅ 318 ⋅ 156 ⋅ 347 mod 419
≡ 79818 ⋅ 156 ⋅ 347 mod 419 ≡ 208 ⋅ 156 ⋅ 347 mod 419
≡ 32448 ⋅ 347 mod 419 ≡ 185 ⋅ 347 mod 419
≡ 64195 mod 419 ≡ 88 mod 419
Es gilt also: 262182 ≡ 88 mod 419
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 31.
Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 31
| =>89 | = 2⋅31 + 27 |
| =>31 | = 1⋅27 + 4 |
| =>27 | = 6⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,31)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 27-6⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(27 -6⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅27 +6⋅ 4) = -1⋅27 +7⋅ 4 (=1) |
| 4= 31-1⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅27 +7⋅(31 -1⋅ 27)
= -1⋅27 +7⋅31 -7⋅ 27) = 7⋅31 -8⋅ 27 (=1) |
| 27= 89-2⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅31 -8⋅(89 -2⋅ 31)
= 7⋅31 -8⋅89 +16⋅ 31) = -8⋅89 +23⋅ 31 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,31)=1 = -8⋅89 +23⋅31
oder wenn man -8⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +8⋅89 = +23⋅31
Es gilt also: 23⋅31 = 8⋅89 +1
Somit 23⋅31 = 1 mod 89
23 ist also das Inverse von 31 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
