Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (16001 + 7997) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(16001 + 7997) mod 4 ≡ (16001 mod 4 + 7997 mod 4) mod 4.
16001 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16001
= 16000
7997 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7997
= 7000
Somit gilt:
(16001 + 7997) mod 4 ≡ (1 + 1) mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (79 ⋅ 63) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(79 ⋅ 63) mod 5 ≡ (79 mod 5 ⋅ 63 mod 5) mod 5.
79 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 75 + 4 = 15 ⋅ 5 + 4 ist.
63 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 12 ⋅ 5 + 3 ist.
Somit gilt:
(79 ⋅ 63) mod 5 ≡ (4 ⋅ 3) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 232128 mod 293.
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. 232 -> x
2. mod(x²,293) -> 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: 2321=232
2: 2322=2321+1=2321⋅2321 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 205 mod 293
4: 2324=2322+2=2322⋅2322 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 126 mod 293
8: 2328=2324+4=2324⋅2324 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 54 mod 293
16: 23216=2328+8=2328⋅2328 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 279 mod 293
32: 23232=23216+16=23216⋅23216 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 196 mod 293
64: 23264=23232+32=23232⋅23232 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 33 mod 293
128: 232128=23264+64=23264⋅23264 ≡ 33⋅33=1089 ≡ 210 mod 293
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 721252 mod 733.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 252 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 252 an und zerlegen 252 in eine Summer von 2er-Potenzen:
252 = 128+64+32+16+8+4
1: 7211=721
2: 7212=7211+1=7211⋅7211 ≡ 721⋅721=519841 ≡ 144 mod 733
4: 7214=7212+2=7212⋅7212 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 212 mod 733
8: 7218=7214+4=7214⋅7214 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 231 mod 733
16: 72116=7218+8=7218⋅7218 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 585 mod 733
32: 72132=72116+16=72116⋅72116 ≡ 585⋅585=342225 ≡ 647 mod 733
64: 72164=72132+32=72132⋅72132 ≡ 647⋅647=418609 ≡ 66 mod 733
128: 721128=72164+64=72164⋅72164 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 691 mod 733
721252
= 721128+64+32+16+8+4
= 721128⋅72164⋅72132⋅72116⋅7218⋅7214
≡ 691 ⋅ 66 ⋅ 647 ⋅ 585 ⋅ 231 ⋅ 212 mod 733
≡ 45606 ⋅ 647 ⋅ 585 ⋅ 231 ⋅ 212 mod 733 ≡ 160 ⋅ 647 ⋅ 585 ⋅ 231 ⋅ 212 mod 733
≡ 103520 ⋅ 585 ⋅ 231 ⋅ 212 mod 733 ≡ 167 ⋅ 585 ⋅ 231 ⋅ 212 mod 733
≡ 97695 ⋅ 231 ⋅ 212 mod 733 ≡ 206 ⋅ 231 ⋅ 212 mod 733
≡ 47586 ⋅ 212 mod 733 ≡ 674 ⋅ 212 mod 733
≡ 142888 mod 733 ≡ 686 mod 733
Es gilt also: 721252 ≡ 686 mod 733
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 48.
Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 48
| =>59 | = 1⋅48 + 11 |
| =>48 | = 4⋅11 + 4 |
| =>11 | = 2⋅4 + 3 |
| =>4 | = 1⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,48)=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= 4-1⋅3 | |||
| 3= 11-2⋅4 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅4 -1⋅(11 -2⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅11 +2⋅ 4) = -1⋅11 +3⋅ 4 (=1) |
| 4= 48-4⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅11 +3⋅(48 -4⋅ 11)
= -1⋅11 +3⋅48 -12⋅ 11) = 3⋅48 -13⋅ 11 (=1) |
| 11= 59-1⋅48 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅48 -13⋅(59 -1⋅ 48)
= 3⋅48 -13⋅59 +13⋅ 48) = -13⋅59 +16⋅ 48 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,48)=1 = -13⋅59 +16⋅48
oder wenn man -13⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +13⋅59 = +16⋅48
Es gilt also: 16⋅48 = 13⋅59 +1
Somit 16⋅48 = 1 mod 59
16 ist also das Inverse von 48 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
