Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1601 + 404) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1601 + 404) mod 8 ≡ (1601 mod 8 + 404 mod 8) mod 8.
1601 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1601
= 1600
404 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 404
= 400
Somit gilt:
(1601 + 404) mod 8 ≡ (1 + 4) mod 8 ≡ 5 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 72) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(52 ⋅ 72) mod 8 ≡ (52 mod 8 ⋅ 72 mod 8) mod 8.
52 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 48 + 4 = 6 ⋅ 8 + 4 ist.
72 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 9 ⋅ 8 + 0 ist.
Somit gilt:
(52 ⋅ 72) mod 8 ≡ (4 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 470128 mod 673.
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. 470 -> x
2. mod(x²,673) -> 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: 4701=470
2: 4702=4701+1=4701⋅4701 ≡ 470⋅470=220900 ≡ 156 mod 673
4: 4704=4702+2=4702⋅4702 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 108 mod 673
8: 4708=4704+4=4704⋅4704 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 223 mod 673
16: 47016=4708+8=4708⋅4708 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 600 mod 673
32: 47032=47016+16=47016⋅47016 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 618 mod 673
64: 47064=47032+32=47032⋅47032 ≡ 618⋅618=381924 ≡ 333 mod 673
128: 470128=47064+64=47064⋅47064 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 517 mod 673
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 221126 mod 367.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 126 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 126 an und zerlegen 126 in eine Summer von 2er-Potenzen:
126 = 64+32+16+8+4+2
1: 2211=221
2: 2212=2211+1=2211⋅2211 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 30 mod 367
4: 2214=2212+2=2212⋅2212 ≡ 30⋅30=900 ≡ 166 mod 367
8: 2218=2214+4=2214⋅2214 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 31 mod 367
16: 22116=2218+8=2218⋅2218 ≡ 31⋅31=961 ≡ 227 mod 367
32: 22132=22116+16=22116⋅22116 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 149 mod 367
64: 22164=22132+32=22132⋅22132 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 181 mod 367
221126
= 22164+32+16+8+4+2
= 22164⋅22132⋅22116⋅2218⋅2214⋅2212
≡ 181 ⋅ 149 ⋅ 227 ⋅ 31 ⋅ 166 ⋅ 30 mod 367
≡ 26969 ⋅ 227 ⋅ 31 ⋅ 166 ⋅ 30 mod 367 ≡ 178 ⋅ 227 ⋅ 31 ⋅ 166 ⋅ 30 mod 367
≡ 40406 ⋅ 31 ⋅ 166 ⋅ 30 mod 367 ≡ 36 ⋅ 31 ⋅ 166 ⋅ 30 mod 367
≡ 1116 ⋅ 166 ⋅ 30 mod 367 ≡ 15 ⋅ 166 ⋅ 30 mod 367
≡ 2490 ⋅ 30 mod 367 ≡ 288 ⋅ 30 mod 367
≡ 8640 mod 367 ≡ 199 mod 367
Es gilt also: 221126 ≡ 199 mod 367
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 41.
Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 41
| =>89 | = 2⋅41 + 7 |
| =>41 | = 5⋅7 + 6 |
| =>7 | = 1⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,41)=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= 41-5⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -1⋅(41 -5⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅41 +5⋅ 7) = -1⋅41 +6⋅ 7 (=1) |
| 7= 89-2⋅41 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅41 +6⋅(89 -2⋅ 41)
= -1⋅41 +6⋅89 -12⋅ 41) = 6⋅89 -13⋅ 41 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,41)=1 = 6⋅89 -13⋅41
oder wenn man 6⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 -6⋅89 = -13⋅41
-13⋅41 = -6⋅89 + 1 |+89⋅41
-13⋅41 + 89⋅41 = -6⋅89 + 89⋅41 + 1
(-13 + 89) ⋅ 41 = (-6 + 41) ⋅ 89 + 1
76⋅41 = 35⋅89 + 1
Es gilt also: 76⋅41 = 35⋅89 +1
Somit 76⋅41 = 1 mod 89
76 ist also das Inverse von 41 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
