Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (13996 - 28004) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(13996 - 28004) mod 7 ≡ (13996 mod 7 - 28004 mod 7) mod 7.
13996 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 13996
= 14000
28004 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28004
= 28000
Somit gilt:
(13996 - 28004) mod 7 ≡ (3 - 4) mod 7 ≡ -1 mod 7 ≡ 6 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (100 ⋅ 20) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(100 ⋅ 20) mod 4 ≡ (100 mod 4 ⋅ 20 mod 4) mod 4.
100 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 100 + 0 = 25 ⋅ 4 + 0 ist.
20 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 20 + 0 = 5 ⋅ 4 + 0 ist.
Somit gilt:
(100 ⋅ 20) mod 4 ≡ (0 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 3588 mod 479.
Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).
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. 358 -> x
2. mod(x²,479) -> 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: 3581=358
2: 3582=3581+1=3581⋅3581 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 271 mod 479
4: 3584=3582+2=3582⋅3582 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 154 mod 479
8: 3588=3584+4=3584⋅3584 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 245 mod 479
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 244119 mod 293.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 119 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 119 an und zerlegen 119 in eine Summer von 2er-Potenzen:
119 = 64+32+16+4+2+1
1: 2441=244
2: 2442=2441+1=2441⋅2441 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 57 mod 293
4: 2444=2442+2=2442⋅2442 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 26 mod 293
8: 2448=2444+4=2444⋅2444 ≡ 26⋅26=676 ≡ 90 mod 293
16: 24416=2448+8=2448⋅2448 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 189 mod 293
32: 24432=24416+16=24416⋅24416 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 268 mod 293
64: 24464=24432+32=24432⋅24432 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 39 mod 293
244119
= 24464+32+16+4+2+1
= 24464⋅24432⋅24416⋅2444⋅2442⋅2441
≡ 39 ⋅ 268 ⋅ 189 ⋅ 26 ⋅ 57 ⋅ 244 mod 293
≡ 10452 ⋅ 189 ⋅ 26 ⋅ 57 ⋅ 244 mod 293 ≡ 197 ⋅ 189 ⋅ 26 ⋅ 57 ⋅ 244 mod 293
≡ 37233 ⋅ 26 ⋅ 57 ⋅ 244 mod 293 ≡ 22 ⋅ 26 ⋅ 57 ⋅ 244 mod 293
≡ 572 ⋅ 57 ⋅ 244 mod 293 ≡ 279 ⋅ 57 ⋅ 244 mod 293
≡ 15903 ⋅ 244 mod 293 ≡ 81 ⋅ 244 mod 293
≡ 19764 mod 293 ≡ 133 mod 293
Es gilt also: 244119 ≡ 133 mod 293
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 77.
Also bestimme x, so dass 77 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 77
| =>89 | = 1⋅77 + 12 |
| =>77 | = 6⋅12 + 5 |
| =>12 | = 2⋅5 + 2 |
| =>5 | = 2⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,77)=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= 5-2⋅2 | |||
| 2= 12-2⋅5 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5) = -2⋅12 +5⋅ 5 (=1) |
| 5= 77-6⋅12 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅12 +5⋅(77 -6⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅77 -30⋅ 12) = 5⋅77 -32⋅ 12 (=1) |
| 12= 89-1⋅77 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅77 -32⋅(89 -1⋅ 77)
= 5⋅77 -32⋅89 +32⋅ 77) = -32⋅89 +37⋅ 77 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,77)=1 = -32⋅89 +37⋅77
oder wenn man -32⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +32⋅89 = +37⋅77
Es gilt also: 37⋅77 = 32⋅89 +1
Somit 37⋅77 = 1 mod 89
37 ist also das Inverse von 77 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
