Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (212 + 21002) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(212 + 21002) mod 7 ≡ (212 mod 7 + 21002 mod 7) mod 7.
212 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 212
= 210
21002 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21002
= 21000
Somit gilt:
(212 + 21002) mod 7 ≡ (2 + 2) mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 56) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(63 ⋅ 56) mod 8 ≡ (63 mod 8 ⋅ 56 mod 8) mod 8.
63 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 56 + 7 = 7 ⋅ 8 + 7 ist.
56 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 56 + 0 = 7 ⋅ 8 + 0 ist.
Somit gilt:
(63 ⋅ 56) mod 8 ≡ (7 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 270128 mod 733.
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. 270 -> x
2. mod(x²,733) -> 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: 2701=270
2: 2702=2701+1=2701⋅2701 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 333 mod 733
4: 2704=2702+2=2702⋅2702 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 206 mod 733
8: 2708=2704+4=2704⋅2704 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 655 mod 733
16: 27016=2708+8=2708⋅2708 ≡ 655⋅655=429025 ≡ 220 mod 733
32: 27032=27016+16=27016⋅27016 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 22 mod 733
64: 27064=27032+32=27032⋅27032 ≡ 22⋅22=484 ≡ 484 mod 733
128: 270128=27064+64=27064⋅27064 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 429 mod 733
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 680134 mod 809.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 134 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 134 an und zerlegen 134 in eine Summer von 2er-Potenzen:
134 = 128+4+2
1: 6801=680
2: 6802=6801+1=6801⋅6801 ≡ 680⋅680=462400 ≡ 461 mod 809
4: 6804=6802+2=6802⋅6802 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 563 mod 809
8: 6808=6804+4=6804⋅6804 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 650 mod 809
16: 68016=6808+8=6808⋅6808 ≡ 650⋅650=422500 ≡ 202 mod 809
32: 68032=68016+16=68016⋅68016 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 354 mod 809
64: 68064=68032+32=68032⋅68032 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 730 mod 809
128: 680128=68064+64=68064⋅68064 ≡ 730⋅730=532900 ≡ 578 mod 809
680134
= 680128+4+2
= 680128⋅6804⋅6802
≡ 578 ⋅ 563 ⋅ 461 mod 809
≡ 325414 ⋅ 461 mod 809 ≡ 196 ⋅ 461 mod 809
≡ 90356 mod 809 ≡ 557 mod 809
Es gilt also: 680134 ≡ 557 mod 809
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 50.
Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 50
| =>59 | = 1⋅50 + 9 |
| =>50 | = 5⋅9 + 5 |
| =>9 | = 1⋅5 + 4 |
| =>5 | = 1⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,50)=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= 5-1⋅4 | |||
| 4= 9-1⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -1⋅(9 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅9 +1⋅ 5) = -1⋅9 +2⋅ 5 (=1) |
| 5= 50-5⋅9 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅9 +2⋅(50 -5⋅ 9)
= -1⋅9 +2⋅50 -10⋅ 9) = 2⋅50 -11⋅ 9 (=1) |
| 9= 59-1⋅50 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅50 -11⋅(59 -1⋅ 50)
= 2⋅50 -11⋅59 +11⋅ 50) = -11⋅59 +13⋅ 50 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,50)=1 = -11⋅59 +13⋅50
oder wenn man -11⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅59 = +13⋅50
Es gilt also: 13⋅50 = 11⋅59 +1
Somit 13⋅50 = 1 mod 59
13 ist also das Inverse von 50 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
