Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1204 + 24003) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1204 + 24003) mod 6 ≡ (1204 mod 6 + 24003 mod 6) mod 6.
1204 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1204
= 1200
24003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24003
= 24000
Somit gilt:
(1204 + 24003) mod 6 ≡ (4 + 3) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 85) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(65 ⋅ 85) mod 8 ≡ (65 mod 8 ⋅ 85 mod 8) mod 8.
65 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 64 + 1 = 8 ⋅ 8 + 1 ist.
85 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 80 + 5 = 10 ⋅ 8 + 5 ist.
Somit gilt:
(65 ⋅ 85) mod 8 ≡ (1 ⋅ 5) mod 8 ≡ 5 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 553128 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. 553 -> 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: 5531=553
2: 5532=5531+1=5531⋅5531 ≡ 553⋅553=305809 ≡ 148 mod 733
4: 5534=5532+2=5532⋅5532 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 647 mod 733
8: 5538=5534+4=5534⋅5534 ≡ 647⋅647=418609 ≡ 66 mod 733
16: 55316=5538+8=5538⋅5538 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 691 mod 733
32: 55332=55316+16=55316⋅55316 ≡ 691⋅691=477481 ≡ 298 mod 733
64: 55364=55332+32=55332⋅55332 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 111 mod 733
128: 553128=55364+64=55364⋅55364 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 593 mod 733
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 152124 mod 479.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 124 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 124 an und zerlegen 124 in eine Summer von 2er-Potenzen:
124 = 64+32+16+8+4
1: 1521=152
2: 1522=1521+1=1521⋅1521 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 112 mod 479
4: 1524=1522+2=1522⋅1522 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 90 mod 479
8: 1528=1524+4=1524⋅1524 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 436 mod 479
16: 15216=1528+8=1528⋅1528 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 412 mod 479
32: 15232=15216+16=15216⋅15216 ≡ 412⋅412=169744 ≡ 178 mod 479
64: 15264=15232+32=15232⋅15232 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 70 mod 479
152124
= 15264+32+16+8+4
= 15264⋅15232⋅15216⋅1528⋅1524
≡ 70 ⋅ 178 ⋅ 412 ⋅ 436 ⋅ 90 mod 479
≡ 12460 ⋅ 412 ⋅ 436 ⋅ 90 mod 479 ≡ 6 ⋅ 412 ⋅ 436 ⋅ 90 mod 479
≡ 2472 ⋅ 436 ⋅ 90 mod 479 ≡ 77 ⋅ 436 ⋅ 90 mod 479
≡ 33572 ⋅ 90 mod 479 ≡ 42 ⋅ 90 mod 479
≡ 3780 mod 479 ≡ 427 mod 479
Es gilt also: 152124 ≡ 427 mod 479
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 77.
Also bestimme x, so dass 77 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 77
| =>83 | = 1⋅77 + 6 |
| =>77 | = 12⋅6 + 5 |
| =>6 | = 1⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,77)=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= 6-1⋅5 | |||
| 5= 77-12⋅6 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅6 -1⋅(77 -12⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅77 +12⋅ 6) = -1⋅77 +13⋅ 6 (=1) |
| 6= 83-1⋅77 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅77 +13⋅(83 -1⋅ 77)
= -1⋅77 +13⋅83 -13⋅ 77) = 13⋅83 -14⋅ 77 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,77)=1 = 13⋅83 -14⋅77
oder wenn man 13⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅83 = -14⋅77
-14⋅77 = -13⋅83 + 1 |+83⋅77
-14⋅77 + 83⋅77 = -13⋅83 + 83⋅77 + 1
(-14 + 83) ⋅ 77 = (-13 + 77) ⋅ 83 + 1
69⋅77 = 64⋅83 + 1
Es gilt also: 69⋅77 = 64⋅83 +1
Somit 69⋅77 = 1 mod 83
69 ist also das Inverse von 77 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
