Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (303 + 30) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(303 + 30) mod 3 ≡ (303 mod 3 + 30 mod 3) mod 3.
303 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 303
= 300
30 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30
= 30
Somit gilt:
(303 + 30) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (55 ⋅ 53) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(55 ⋅ 53) mod 4 ≡ (55 mod 4 ⋅ 53 mod 4) mod 4.
55 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 52 + 3 = 13 ⋅ 4 + 3 ist.
53 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 52 + 1 = 13 ⋅ 4 + 1 ist.
Somit gilt:
(55 ⋅ 53) mod 4 ≡ (3 ⋅ 1) mod 4 ≡ 3 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 249128 mod 307.
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. 249 -> x
2. mod(x²,307) -> 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: 2491=249
2: 2492=2491+1=2491⋅2491 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 294 mod 307
4: 2494=2492+2=2492⋅2492 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 169 mod 307
8: 2498=2494+4=2494⋅2494 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 10 mod 307
16: 24916=2498+8=2498⋅2498 ≡ 10⋅10=100 ≡ 100 mod 307
32: 24932=24916+16=24916⋅24916 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 176 mod 307
64: 24964=24932+32=24932⋅24932 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 276 mod 307
128: 249128=24964+64=24964⋅24964 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 40 mod 307
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 659223 mod 733.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 223 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 223 an und zerlegen 223 in eine Summer von 2er-Potenzen:
223 = 128+64+16+8+4+2+1
1: 6591=659
2: 6592=6591+1=6591⋅6591 ≡ 659⋅659=434281 ≡ 345 mod 733
4: 6594=6592+2=6592⋅6592 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 279 mod 733
8: 6598=6594+4=6594⋅6594 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 143 mod 733
16: 65916=6598+8=6598⋅6598 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 658 mod 733
32: 65932=65916+16=65916⋅65916 ≡ 658⋅658=432964 ≡ 494 mod 733
64: 65964=65932+32=65932⋅65932 ≡ 494⋅494=244036 ≡ 680 mod 733
128: 659128=65964+64=65964⋅65964 ≡ 680⋅680=462400 ≡ 610 mod 733
659223
= 659128+64+16+8+4+2+1
= 659128⋅65964⋅65916⋅6598⋅6594⋅6592⋅6591
≡ 610 ⋅ 680 ⋅ 658 ⋅ 143 ⋅ 279 ⋅ 345 ⋅ 659 mod 733
≡ 414800 ⋅ 658 ⋅ 143 ⋅ 279 ⋅ 345 ⋅ 659 mod 733 ≡ 655 ⋅ 658 ⋅ 143 ⋅ 279 ⋅ 345 ⋅ 659 mod 733
≡ 430990 ⋅ 143 ⋅ 279 ⋅ 345 ⋅ 659 mod 733 ≡ 719 ⋅ 143 ⋅ 279 ⋅ 345 ⋅ 659 mod 733
≡ 102817 ⋅ 279 ⋅ 345 ⋅ 659 mod 733 ≡ 197 ⋅ 279 ⋅ 345 ⋅ 659 mod 733
≡ 54963 ⋅ 345 ⋅ 659 mod 733 ≡ 721 ⋅ 345 ⋅ 659 mod 733
≡ 248745 ⋅ 659 mod 733 ≡ 258 ⋅ 659 mod 733
≡ 170022 mod 733 ≡ 699 mod 733
Es gilt also: 659223 ≡ 699 mod 733
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 55.
Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 55
| =>79 | = 1⋅55 + 24 |
| =>55 | = 2⋅24 + 7 |
| =>24 | = 3⋅7 + 3 |
| =>7 | = 2⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,55)=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= 7-2⋅3 | |||
| 3= 24-3⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -2⋅(24 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅24 +6⋅ 7) = -2⋅24 +7⋅ 7 (=1) |
| 7= 55-2⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅24 +7⋅(55 -2⋅ 24)
= -2⋅24 +7⋅55 -14⋅ 24) = 7⋅55 -16⋅ 24 (=1) |
| 24= 79-1⋅55 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 7⋅55 -16⋅(79 -1⋅ 55)
= 7⋅55 -16⋅79 +16⋅ 55) = -16⋅79 +23⋅ 55 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,55)=1 = -16⋅79 +23⋅55
oder wenn man -16⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 +16⋅79 = +23⋅55
Es gilt also: 23⋅55 = 16⋅79 +1
Somit 23⋅55 = 1 mod 79
23 ist also das Inverse von 55 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
