Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (201 + 10003) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(201 + 10003) mod 5 ≡ (201 mod 5 + 10003 mod 5) mod 5.
201 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 201
= 200
10003 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 10003
= 10000
Somit gilt:
(201 + 10003) mod 5 ≡ (1 + 3) mod 5 ≡ 4 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (29 ⋅ 37) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(29 ⋅ 37) mod 5 ≡ (29 mod 5 ⋅ 37 mod 5) mod 5.
29 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 25 + 4 = 5 ⋅ 5 + 4 ist.
37 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 35 + 2 = 7 ⋅ 5 + 2 ist.
Somit gilt:
(29 ⋅ 37) mod 5 ≡ (4 ⋅ 2) mod 5 ≡ 8 mod 5 ≡ 3 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 36264 mod 541.
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. 362 -> x
2. mod(x²,541) -> 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: 3621=362
2: 3622=3621+1=3621⋅3621 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 122 mod 541
4: 3624=3622+2=3622⋅3622 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 277 mod 541
8: 3628=3624+4=3624⋅3624 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 448 mod 541
16: 36216=3628+8=3628⋅3628 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 534 mod 541
32: 36232=36216+16=36216⋅36216 ≡ 534⋅534=285156 ≡ 49 mod 541
64: 36264=36232+32=36232⋅36232 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 237 mod 541
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 120117 mod 233.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 117 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 117 an und zerlegen 117 in eine Summer von 2er-Potenzen:
117 = 64+32+16+4+1
1: 1201=120
2: 1202=1201+1=1201⋅1201 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 187 mod 233
4: 1204=1202+2=1202⋅1202 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 19 mod 233
8: 1208=1204+4=1204⋅1204 ≡ 19⋅19=361 ≡ 128 mod 233
16: 12016=1208+8=1208⋅1208 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 74 mod 233
32: 12032=12016+16=12016⋅12016 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 117 mod 233
64: 12064=12032+32=12032⋅12032 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 175 mod 233
120117
= 12064+32+16+4+1
= 12064⋅12032⋅12016⋅1204⋅1201
≡ 175 ⋅ 117 ⋅ 74 ⋅ 19 ⋅ 120 mod 233
≡ 20475 ⋅ 74 ⋅ 19 ⋅ 120 mod 233 ≡ 204 ⋅ 74 ⋅ 19 ⋅ 120 mod 233
≡ 15096 ⋅ 19 ⋅ 120 mod 233 ≡ 184 ⋅ 19 ⋅ 120 mod 233
≡ 3496 ⋅ 120 mod 233 ≡ 1 ⋅ 120 mod 233
≡ 120 mod 233
Es gilt also: 120117 ≡ 120 mod 233
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 63.
Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 63
| =>73 | = 1⋅63 + 10 |
| =>63 | = 6⋅10 + 3 |
| =>10 | = 3⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(73,63)=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= 10-3⋅3 | |||
| 3= 63-6⋅10 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅10 -3⋅(63 -6⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅63 +18⋅ 10) = -3⋅63 +19⋅ 10 (=1) |
| 10= 73-1⋅63 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅63 +19⋅(73 -1⋅ 63)
= -3⋅63 +19⋅73 -19⋅ 63) = 19⋅73 -22⋅ 63 (=1) |
Es gilt also: ggt(73,63)=1 = 19⋅73 -22⋅63
oder wenn man 19⋅73 auf die linke Seite bringt:
1 -19⋅73 = -22⋅63
-22⋅63 = -19⋅73 + 1 |+73⋅63
-22⋅63 + 73⋅63 = -19⋅73 + 73⋅63 + 1
(-22 + 73) ⋅ 63 = (-19 + 63) ⋅ 73 + 1
51⋅63 = 44⋅73 + 1
Es gilt also: 51⋅63 = 44⋅73 +1
Somit 51⋅63 = 1 mod 73
51 ist also das Inverse von 63 mod 73
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
