Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (16002 - 797) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(16002 - 797) mod 4 ≡ (16002 mod 4 - 797 mod 4) mod 4.
16002 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16002
= 16000
797 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 797
= 700
Somit gilt:
(16002 - 797) mod 4 ≡ (2 - 1) mod 4 ≡ 1 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 94) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(74 ⋅ 94) mod 9 ≡ (74 mod 9 ⋅ 94 mod 9) mod 9.
74 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 8 ⋅ 9 + 2 ist.
94 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 90 + 4 = 10 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(74 ⋅ 94) mod 9 ≡ (2 ⋅ 4) mod 9 ≡ 8 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 22864 mod 439.
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. 228 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 2281=228
2: 2282=2281+1=2281⋅2281 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 182 mod 439
4: 2284=2282+2=2282⋅2282 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 199 mod 439
8: 2288=2284+4=2284⋅2284 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 91 mod 439
16: 22816=2288+8=2288⋅2288 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 379 mod 439
32: 22832=22816+16=22816⋅22816 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 88 mod 439
64: 22864=22832+32=22832⋅22832 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 281 mod 439
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 568183 mod 673.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 183 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 183 an und zerlegen 183 in eine Summer von 2er-Potenzen:
183 = 128+32+16+4+2+1
1: 5681=568
2: 5682=5681+1=5681⋅5681 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 257 mod 673
4: 5684=5682+2=5682⋅5682 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 95 mod 673
8: 5688=5684+4=5684⋅5684 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 276 mod 673
16: 56816=5688+8=5688⋅5688 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 127 mod 673
32: 56832=56816+16=56816⋅56816 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 650 mod 673
64: 56864=56832+32=56832⋅56832 ≡ 650⋅650=422500 ≡ 529 mod 673
128: 568128=56864+64=56864⋅56864 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 546 mod 673
568183
= 568128+32+16+4+2+1
= 568128⋅56832⋅56816⋅5684⋅5682⋅5681
≡ 546 ⋅ 650 ⋅ 127 ⋅ 95 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673
≡ 354900 ⋅ 127 ⋅ 95 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673 ≡ 229 ⋅ 127 ⋅ 95 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673
≡ 29083 ⋅ 95 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673 ≡ 144 ⋅ 95 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673
≡ 13680 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673 ≡ 220 ⋅ 257 ⋅ 568 mod 673
≡ 56540 ⋅ 568 mod 673 ≡ 8 ⋅ 568 mod 673
≡ 4544 mod 673 ≡ 506 mod 673
Es gilt also: 568183 ≡ 506 mod 673
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 24.
Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 24
| =>53 | = 2⋅24 + 5 |
| =>24 | = 4⋅5 + 4 |
| =>5 | = 1⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,24)=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= 5-1⋅4 | |||
| 4= 24-4⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -1⋅(24 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅24 +4⋅ 5) = -1⋅24 +5⋅ 5 (=1) |
| 5= 53-2⋅24 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅24 +5⋅(53 -2⋅ 24)
= -1⋅24 +5⋅53 -10⋅ 24) = 5⋅53 -11⋅ 24 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,24)=1 = 5⋅53 -11⋅24
oder wenn man 5⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -5⋅53 = -11⋅24
-11⋅24 = -5⋅53 + 1 |+53⋅24
-11⋅24 + 53⋅24 = -5⋅53 + 53⋅24 + 1
(-11 + 53) ⋅ 24 = (-5 + 24) ⋅ 53 + 1
42⋅24 = 19⋅53 + 1
Es gilt also: 42⋅24 = 19⋅53 +1
Somit 42⋅24 = 1 mod 53
42 ist also das Inverse von 24 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
