Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (504 + 495) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(504 + 495) mod 5 ≡ (504 mod 5 + 495 mod 5) mod 5.
504 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 504
= 500
495 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 495
= 400
Somit gilt:
(504 + 495) mod 5 ≡ (4 + 0) mod 5 ≡ 4 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 69) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(68 ⋅ 69) mod 4 ≡ (68 mod 4 ⋅ 69 mod 4) mod 4.
68 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 68 + 0 = 17 ⋅ 4 + 0 ist.
69 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 68 + 1 = 17 ⋅ 4 + 1 ist.
Somit gilt:
(68 ⋅ 69) mod 4 ≡ (0 ⋅ 1) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 50964 mod 547.
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. 509 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 5091=509
2: 5092=5091+1=5091⋅5091 ≡ 509⋅509=259081 ≡ 350 mod 547
4: 5094=5092+2=5092⋅5092 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 519 mod 547
8: 5098=5094+4=5094⋅5094 ≡ 519⋅519=269361 ≡ 237 mod 547
16: 50916=5098+8=5098⋅5098 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 375 mod 547
32: 50932=50916+16=50916⋅50916 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 46 mod 547
64: 50964=50932+32=50932⋅50932 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 475 mod 547
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 357235 mod 773.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 235 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 235 an und zerlegen 235 in eine Summer von 2er-Potenzen:
235 = 128+64+32+8+2+1
1: 3571=357
2: 3572=3571+1=3571⋅3571 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 677 mod 773
4: 3574=3572+2=3572⋅3572 ≡ 677⋅677=458329 ≡ 713 mod 773
8: 3578=3574+4=3574⋅3574 ≡ 713⋅713=508369 ≡ 508 mod 773
16: 35716=3578+8=3578⋅3578 ≡ 508⋅508=258064 ≡ 655 mod 773
32: 35732=35716+16=35716⋅35716 ≡ 655⋅655=429025 ≡ 10 mod 773
64: 35764=35732+32=35732⋅35732 ≡ 10⋅10=100 ≡ 100 mod 773
128: 357128=35764+64=35764⋅35764 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 724 mod 773
357235
= 357128+64+32+8+2+1
= 357128⋅35764⋅35732⋅3578⋅3572⋅3571
≡ 724 ⋅ 100 ⋅ 10 ⋅ 508 ⋅ 677 ⋅ 357 mod 773
≡ 72400 ⋅ 10 ⋅ 508 ⋅ 677 ⋅ 357 mod 773 ≡ 511 ⋅ 10 ⋅ 508 ⋅ 677 ⋅ 357 mod 773
≡ 5110 ⋅ 508 ⋅ 677 ⋅ 357 mod 773 ≡ 472 ⋅ 508 ⋅ 677 ⋅ 357 mod 773
≡ 239776 ⋅ 677 ⋅ 357 mod 773 ≡ 146 ⋅ 677 ⋅ 357 mod 773
≡ 98842 ⋅ 357 mod 773 ≡ 671 ⋅ 357 mod 773
≡ 239547 mod 773 ≡ 690 mod 773
Es gilt also: 357235 ≡ 690 mod 773
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 26.
Also bestimme x, so dass 26 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 26
| =>59 | = 2⋅26 + 7 |
| =>26 | = 3⋅7 + 5 |
| =>7 | = 1⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,26)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 7-1⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(7 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅7 +2⋅ 5) = -2⋅7 +3⋅ 5 (=1) |
| 5= 26-3⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅7 +3⋅(26 -3⋅ 7)
= -2⋅7 +3⋅26 -9⋅ 7) = 3⋅26 -11⋅ 7 (=1) |
| 7= 59-2⋅26 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅26 -11⋅(59 -2⋅ 26)
= 3⋅26 -11⋅59 +22⋅ 26) = -11⋅59 +25⋅ 26 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,26)=1 = -11⋅59 +25⋅26
oder wenn man -11⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +11⋅59 = +25⋅26
Es gilt also: 25⋅26 = 11⋅59 +1
Somit 25⋅26 = 1 mod 59
25 ist also das Inverse von 26 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
