Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (8002 + 120) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(8002 + 120) mod 4 ≡ (8002 mod 4 + 120 mod 4) mod 4.
8002 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8002
= 8000
120 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 120
= 120
Somit gilt:
(8002 + 120) mod 4 ≡ (2 + 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 26) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(54 ⋅ 26) mod 10 ≡ (54 mod 10 ⋅ 26 mod 10) mod 10.
54 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 50 + 4 = 5 ⋅ 10 + 4 ist.
26 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 20 + 6 = 2 ⋅ 10 + 6 ist.
Somit gilt:
(54 ⋅ 26) mod 10 ≡ (4 ⋅ 6) mod 10 ≡ 24 mod 10 ≡ 4 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 2448 mod 751.
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. 244 -> x
2. mod(x²,751) -> 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: 2441=244
2: 2442=2441+1=2441⋅2441 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 207 mod 751
4: 2444=2442+2=2442⋅2442 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 42 mod 751
8: 2448=2444+4=2444⋅2444 ≡ 42⋅42=1764 ≡ 262 mod 751
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 753187 mod 757.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 187 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 187 an und zerlegen 187 in eine Summer von 2er-Potenzen:
187 = 128+32+16+8+2+1
1: 7531=753
2: 7532=7531+1=7531⋅7531 ≡ 753⋅753=567009 ≡ 16 mod 757
4: 7534=7532+2=7532⋅7532 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 757
8: 7538=7534+4=7534⋅7534 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 434 mod 757
16: 75316=7538+8=7538⋅7538 ≡ 434⋅434=188356 ≡ 620 mod 757
32: 75332=75316+16=75316⋅75316 ≡ 620⋅620=384400 ≡ 601 mod 757
64: 75364=75332+32=75332⋅75332 ≡ 601⋅601=361201 ≡ 112 mod 757
128: 753128=75364+64=75364⋅75364 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 432 mod 757
753187
= 753128+32+16+8+2+1
= 753128⋅75332⋅75316⋅7538⋅7532⋅7531
≡ 432 ⋅ 601 ⋅ 620 ⋅ 434 ⋅ 16 ⋅ 753 mod 757
≡ 259632 ⋅ 620 ⋅ 434 ⋅ 16 ⋅ 753 mod 757 ≡ 738 ⋅ 620 ⋅ 434 ⋅ 16 ⋅ 753 mod 757
≡ 457560 ⋅ 434 ⋅ 16 ⋅ 753 mod 757 ≡ 332 ⋅ 434 ⋅ 16 ⋅ 753 mod 757
≡ 144088 ⋅ 16 ⋅ 753 mod 757 ≡ 258 ⋅ 16 ⋅ 753 mod 757
≡ 4128 ⋅ 753 mod 757 ≡ 343 ⋅ 753 mod 757
≡ 258279 mod 757 ≡ 142 mod 757
Es gilt also: 753187 ≡ 142 mod 757
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 39.
Also bestimme x, so dass 39 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 39
| =>89 | = 2⋅39 + 11 |
| =>39 | = 3⋅11 + 6 |
| =>11 | = 1⋅6 + 5 |
| =>6 | = 1⋅5 + 1 |
| =>5 | = 5⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,39)=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= 6-1⋅5 | |||
| 5= 11-1⋅6 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅6 -1⋅(11 -1⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅11 +1⋅ 6) = -1⋅11 +2⋅ 6 (=1) |
| 6= 39-3⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅11 +2⋅(39 -3⋅ 11)
= -1⋅11 +2⋅39 -6⋅ 11) = 2⋅39 -7⋅ 11 (=1) |
| 11= 89-2⋅39 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅39 -7⋅(89 -2⋅ 39)
= 2⋅39 -7⋅89 +14⋅ 39) = -7⋅89 +16⋅ 39 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,39)=1 = -7⋅89 +16⋅39
oder wenn man -7⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +7⋅89 = +16⋅39
Es gilt also: 16⋅39 = 7⋅89 +1
Somit 16⋅39 = 1 mod 89
16 ist also das Inverse von 39 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
