Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (596 - 2996) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(596 - 2996) mod 6 ≡ (596 mod 6 - 2996 mod 6) mod 6.
596 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 596
= 600
2996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2996
= 3000
Somit gilt:
(596 - 2996) mod 6 ≡ (2 - 2) mod 6 ≡ 0 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 43) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(20 ⋅ 43) mod 8 ≡ (20 mod 8 ⋅ 43 mod 8) mod 8.
20 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 16 + 4 = 2 ⋅ 8 + 4 ist.
43 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 40 + 3 = 5 ⋅ 8 + 3 ist.
Somit gilt:
(20 ⋅ 43) mod 8 ≡ (4 ⋅ 3) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 103128 mod 271.
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. 103 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 1031=103
2: 1032=1031+1=1031⋅1031 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 40 mod 271
4: 1034=1032+2=1032⋅1032 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 245 mod 271
8: 1038=1034+4=1034⋅1034 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 134 mod 271
16: 10316=1038+8=1038⋅1038 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 70 mod 271
32: 10332=10316+16=10316⋅10316 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 22 mod 271
64: 10364=10332+32=10332⋅10332 ≡ 22⋅22=484 ≡ 213 mod 271
128: 103128=10364+64=10364⋅10364 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 112 mod 271
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 159195 mod 277.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 195 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 195 an und zerlegen 195 in eine Summer von 2er-Potenzen:
195 = 128+64+2+1
1: 1591=159
2: 1592=1591+1=1591⋅1591 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 74 mod 277
4: 1594=1592+2=1592⋅1592 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 213 mod 277
8: 1598=1594+4=1594⋅1594 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 218 mod 277
16: 15916=1598+8=1598⋅1598 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 157 mod 277
32: 15932=15916+16=15916⋅15916 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 273 mod 277
64: 15964=15932+32=15932⋅15932 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 16 mod 277
128: 159128=15964+64=15964⋅15964 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 277
159195
= 159128+64+2+1
= 159128⋅15964⋅1592⋅1591
≡ 256 ⋅ 16 ⋅ 74 ⋅ 159 mod 277
≡ 4096 ⋅ 74 ⋅ 159 mod 277 ≡ 218 ⋅ 74 ⋅ 159 mod 277
≡ 16132 ⋅ 159 mod 277 ≡ 66 ⋅ 159 mod 277
≡ 10494 mod 277 ≡ 245 mod 277
Es gilt also: 159195 ≡ 245 mod 277
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 32.
Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 32
| =>53 | = 1⋅32 + 21 |
| =>32 | = 1⋅21 + 11 |
| =>21 | = 1⋅11 + 10 |
| =>11 | = 1⋅10 + 1 |
| =>10 | = 10⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,32)=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= 11-1⋅10 | |||
| 10= 21-1⋅11 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅11 -1⋅(21 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -1⋅21 +1⋅ 11) = -1⋅21 +2⋅ 11 (=1) |
| 11= 32-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅21 +2⋅(32 -1⋅ 21)
= -1⋅21 +2⋅32 -2⋅ 21) = 2⋅32 -3⋅ 21 (=1) |
| 21= 53-1⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 2⋅32 -3⋅(53 -1⋅ 32)
= 2⋅32 -3⋅53 +3⋅ 32) = -3⋅53 +5⋅ 32 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,32)=1 = -3⋅53 +5⋅32
oder wenn man -3⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 +3⋅53 = +5⋅32
Es gilt also: 5⋅32 = 3⋅53 +1
Somit 5⋅32 = 1 mod 53
5 ist also das Inverse von 32 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
