Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1401 + 35003) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1401 + 35003) mod 7 ≡ (1401 mod 7 + 35003 mod 7) mod 7.
1401 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1401
= 1400
35003 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35003
= 35000
Somit gilt:
(1401 + 35003) mod 7 ≡ (1 + 3) mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (56 ⋅ 41) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(56 ⋅ 41) mod 5 ≡ (56 mod 5 ⋅ 41 mod 5) mod 5.
56 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 55 + 1 = 11 ⋅ 5 + 1 ist.
41 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 40 + 1 = 8 ⋅ 5 + 1 ist.
Somit gilt:
(56 ⋅ 41) mod 5 ≡ (1 ⋅ 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 376128 mod 997.
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. 376 -> x
2. mod(x²,997) -> 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: 3761=376
2: 3762=3761+1=3761⋅3761 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 799 mod 997
4: 3764=3762+2=3762⋅3762 ≡ 799⋅799=638401 ≡ 321 mod 997
8: 3768=3764+4=3764⋅3764 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 350 mod 997
16: 37616=3768+8=3768⋅3768 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 866 mod 997
32: 37632=37616+16=37616⋅37616 ≡ 866⋅866=749956 ≡ 212 mod 997
64: 37664=37632+32=37632⋅37632 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 79 mod 997
128: 376128=37664+64=37664⋅37664 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 259 mod 997
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 653113 mod 853.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 113 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 113 an und zerlegen 113 in eine Summer von 2er-Potenzen:
113 = 64+32+16+1
1: 6531=653
2: 6532=6531+1=6531⋅6531 ≡ 653⋅653=426409 ≡ 762 mod 853
4: 6534=6532+2=6532⋅6532 ≡ 762⋅762=580644 ≡ 604 mod 853
8: 6538=6534+4=6534⋅6534 ≡ 604⋅604=364816 ≡ 585 mod 853
16: 65316=6538+8=6538⋅6538 ≡ 585⋅585=342225 ≡ 172 mod 853
32: 65332=65316+16=65316⋅65316 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 582 mod 853
64: 65364=65332+32=65332⋅65332 ≡ 582⋅582=338724 ≡ 83 mod 853
653113
= 65364+32+16+1
= 65364⋅65332⋅65316⋅6531
≡ 83 ⋅ 582 ⋅ 172 ⋅ 653 mod 853
≡ 48306 ⋅ 172 ⋅ 653 mod 853 ≡ 538 ⋅ 172 ⋅ 653 mod 853
≡ 92536 ⋅ 653 mod 853 ≡ 412 ⋅ 653 mod 853
≡ 269036 mod 853 ≡ 341 mod 853
Es gilt also: 653113 ≡ 341 mod 853
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 54.
Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 54
| =>79 | = 1⋅54 + 25 |
| =>54 | = 2⋅25 + 4 |
| =>25 | = 6⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,54)=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= 25-6⋅4 | |||
| 4= 54-2⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -6⋅(54 -2⋅ 25)
= 1⋅25 -6⋅54 +12⋅ 25) = -6⋅54 +13⋅ 25 (=1) |
| 25= 79-1⋅54 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -6⋅54 +13⋅(79 -1⋅ 54)
= -6⋅54 +13⋅79 -13⋅ 54) = 13⋅79 -19⋅ 54 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,54)=1 = 13⋅79 -19⋅54
oder wenn man 13⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -13⋅79 = -19⋅54
-19⋅54 = -13⋅79 + 1 |+79⋅54
-19⋅54 + 79⋅54 = -13⋅79 + 79⋅54 + 1
(-19 + 79) ⋅ 54 = (-13 + 54) ⋅ 79 + 1
60⋅54 = 41⋅79 + 1
Es gilt also: 60⋅54 = 41⋅79 +1
Somit 60⋅54 = 1 mod 79
60 ist also das Inverse von 54 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
