Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (47 + 497) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(47 + 497) mod 5 ≡ (47 mod 5 + 497 mod 5) mod 5.
47 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47
= 40
497 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 497
= 400
Somit gilt:
(47 + 497) mod 5 ≡ (2 + 2) mod 5 ≡ 4 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (29 ⋅ 51) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(29 ⋅ 51) mod 5 ≡ (29 mod 5 ⋅ 51 mod 5) mod 5.
29 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 25 + 4 = 5 ⋅ 5 + 4 ist.
51 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 50 + 1 = 10 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(29 ⋅ 51) mod 5 ≡ (4 ⋅ 1) mod 5 ≡ 4 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 65464 mod 797.
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. 654 -> x
2. mod(x²,797) -> 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: 6541=654
2: 6542=6541+1=6541⋅6541 ≡ 654⋅654=427716 ≡ 524 mod 797
4: 6544=6542+2=6542⋅6542 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 408 mod 797
8: 6548=6544+4=6544⋅6544 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 688 mod 797
16: 65416=6548+8=6548⋅6548 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 723 mod 797
32: 65432=65416+16=65416⋅65416 ≡ 723⋅723=522729 ≡ 694 mod 797
64: 65464=65432+32=65432⋅65432 ≡ 694⋅694=481636 ≡ 248 mod 797
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 209241 mod 233.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 241 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 241 an und zerlegen 241 in eine Summer von 2er-Potenzen:
241 = 128+64+32+16+1
1: 2091=209
2: 2092=2091+1=2091⋅2091 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 110 mod 233
4: 2094=2092+2=2092⋅2092 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 217 mod 233
8: 2098=2094+4=2094⋅2094 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 23 mod 233
16: 20916=2098+8=2098⋅2098 ≡ 23⋅23=529 ≡ 63 mod 233
32: 20932=20916+16=20916⋅20916 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 8 mod 233
64: 20964=20932+32=20932⋅20932 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 233
128: 209128=20964+64=20964⋅20964 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 135 mod 233
209241
= 209128+64+32+16+1
= 209128⋅20964⋅20932⋅20916⋅2091
≡ 135 ⋅ 64 ⋅ 8 ⋅ 63 ⋅ 209 mod 233
≡ 8640 ⋅ 8 ⋅ 63 ⋅ 209 mod 233 ≡ 19 ⋅ 8 ⋅ 63 ⋅ 209 mod 233
≡ 152 ⋅ 63 ⋅ 209 mod 233
≡ 9576 ⋅ 209 mod 233 ≡ 23 ⋅ 209 mod 233
≡ 4807 mod 233 ≡ 147 mod 233
Es gilt also: 209241 ≡ 147 mod 233
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 51.
Also bestimme x, so dass 51 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 51
| =>73 | = 1⋅51 + 22 |
| =>51 | = 2⋅22 + 7 |
| =>22 | = 3⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,51)=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= 22-3⋅7 | |||
| 7= 51-2⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅22 -3⋅(51 -2⋅ 22)
= 1⋅22 -3⋅51 +6⋅ 22) = -3⋅51 +7⋅ 22 (=1) |
| 22= 73-1⋅51 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅51 +7⋅(73 -1⋅ 51)
= -3⋅51 +7⋅73 -7⋅ 51) = 7⋅73 -10⋅ 51 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,51)=1 = 7⋅73 -10⋅51
oder wenn man 7⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 -7⋅73 = -10⋅51
-10⋅51 = -7⋅73 + 1 |+73⋅51
-10⋅51 + 73⋅51 = -7⋅73 + 73⋅51 + 1
(-10 + 73) ⋅ 51 = (-7 + 51) ⋅ 73 + 1
63⋅51 = 44⋅73 + 1
Es gilt also: 63⋅51 = 44⋅73 +1
Somit 63⋅51 = 1 mod 73
63 ist also das Inverse von 51 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
