Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (898 - 901) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(898 - 901) mod 3 ≡ (898 mod 3 - 901 mod 3) mod 3.
898 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 898
= 900
901 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 901
= 900
Somit gilt:
(898 - 901) mod 3 ≡ (1 - 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 28) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(32 ⋅ 28) mod 9 ≡ (32 mod 9 ⋅ 28 mod 9) mod 9.
32 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 27 + 5 = 3 ⋅ 9 + 5 ist.
28 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 27 + 1 = 3 ⋅ 9 + 1 ist.
Somit gilt:
(32 ⋅ 28) mod 9 ≡ (5 ⋅ 1) mod 9 ≡ 5 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 61916 mod 787.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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. 619 -> x
2. mod(x²,787) -> 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: 6191=619
2: 6192=6191+1=6191⋅6191 ≡ 619⋅619=383161 ≡ 679 mod 787
4: 6194=6192+2=6192⋅6192 ≡ 679⋅679=461041 ≡ 646 mod 787
8: 6198=6194+4=6194⋅6194 ≡ 646⋅646=417316 ≡ 206 mod 787
16: 61916=6198+8=6198⋅6198 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 725 mod 787
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 277191 mod 521.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:
191 = 128+32+16+8+4+2+1
1: 2771=277
2: 2772=2771+1=2771⋅2771 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 142 mod 521
4: 2774=2772+2=2772⋅2772 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 366 mod 521
8: 2778=2774+4=2774⋅2774 ≡ 366⋅366=133956 ≡ 59 mod 521
16: 27716=2778+8=2778⋅2778 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 355 mod 521
32: 27732=27716+16=27716⋅27716 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 464 mod 521
64: 27764=27732+32=27732⋅27732 ≡ 464⋅464=215296 ≡ 123 mod 521
128: 277128=27764+64=27764⋅27764 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 20 mod 521
277191
= 277128+32+16+8+4+2+1
= 277128⋅27732⋅27716⋅2778⋅2774⋅2772⋅2771
≡ 20 ⋅ 464 ⋅ 355 ⋅ 59 ⋅ 366 ⋅ 142 ⋅ 277 mod 521
≡ 9280 ⋅ 355 ⋅ 59 ⋅ 366 ⋅ 142 ⋅ 277 mod 521 ≡ 423 ⋅ 355 ⋅ 59 ⋅ 366 ⋅ 142 ⋅ 277 mod 521
≡ 150165 ⋅ 59 ⋅ 366 ⋅ 142 ⋅ 277 mod 521 ≡ 117 ⋅ 59 ⋅ 366 ⋅ 142 ⋅ 277 mod 521
≡ 6903 ⋅ 366 ⋅ 142 ⋅ 277 mod 521 ≡ 130 ⋅ 366 ⋅ 142 ⋅ 277 mod 521
≡ 47580 ⋅ 142 ⋅ 277 mod 521 ≡ 169 ⋅ 142 ⋅ 277 mod 521
≡ 23998 ⋅ 277 mod 521 ≡ 32 ⋅ 277 mod 521
≡ 8864 mod 521 ≡ 7 mod 521
Es gilt also: 277191 ≡ 7 mod 521
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 20.
Also bestimme x, so dass 20 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 20
| =>53 | = 2⋅20 + 13 |
| =>20 | = 1⋅13 + 7 |
| =>13 | = 1⋅7 + 6 |
| =>7 | = 1⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,20)=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= 7-1⋅6 | |||
| 6= 13-1⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -1⋅(13 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅13 +1⋅ 7) = -1⋅13 +2⋅ 7 (=1) |
| 7= 20-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅13 +2⋅(20 -1⋅ 13)
= -1⋅13 +2⋅20 -2⋅ 13) = 2⋅20 -3⋅ 13 (=1) |
| 13= 53-2⋅20 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅20 -3⋅(53 -2⋅ 20)
= 2⋅20 -3⋅53 +6⋅ 20) = -3⋅53 +8⋅ 20 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,20)=1 = -3⋅53 +8⋅20
oder wenn man -3⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +3⋅53 = +8⋅20
Es gilt also: 8⋅20 = 3⋅53 +1
Somit 8⋅20 = 1 mod 53
8 ist also das Inverse von 20 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
