Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (5999 + 597) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(5999 + 597) mod 3 ≡ (5999 mod 3 + 597 mod 3) mod 3.
5999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5999
= 6000
597 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 597
= 600
Somit gilt:
(5999 + 597) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 70) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(63 ⋅ 70) mod 10 ≡ (63 mod 10 ⋅ 70 mod 10) mod 10.
63 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 6 ⋅ 10 + 3 ist.
70 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 7 ⋅ 10 + 0 ist.
Somit gilt:
(63 ⋅ 70) mod 10 ≡ (3 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 18332 mod 257.
Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).
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. 183 -> x
2. mod(x²,257) -> 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: 1831=183
2: 1832=1831+1=1831⋅1831 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 79 mod 257
4: 1834=1832+2=1832⋅1832 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 73 mod 257
8: 1838=1834+4=1834⋅1834 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 189 mod 257
16: 18316=1838+8=1838⋅1838 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 255 mod 257
32: 18332=18316+16=18316⋅18316 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 4 mod 257
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 358213 mod 673.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 213 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 213 an und zerlegen 213 in eine Summer von 2er-Potenzen:
213 = 128+64+16+4+1
1: 3581=358
2: 3582=3581+1=3581⋅3581 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 294 mod 673
4: 3584=3582+2=3582⋅3582 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 292 mod 673
8: 3588=3584+4=3584⋅3584 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 466 mod 673
16: 35816=3588+8=3588⋅3588 ≡ 466⋅466=217156 ≡ 450 mod 673
32: 35832=35816+16=35816⋅35816 ≡ 450⋅450=202500 ≡ 600 mod 673
64: 35864=35832+32=35832⋅35832 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 618 mod 673
128: 358128=35864+64=35864⋅35864 ≡ 618⋅618=381924 ≡ 333 mod 673
358213
= 358128+64+16+4+1
= 358128⋅35864⋅35816⋅3584⋅3581
≡ 333 ⋅ 618 ⋅ 450 ⋅ 292 ⋅ 358 mod 673
≡ 205794 ⋅ 450 ⋅ 292 ⋅ 358 mod 673 ≡ 529 ⋅ 450 ⋅ 292 ⋅ 358 mod 673
≡ 238050 ⋅ 292 ⋅ 358 mod 673 ≡ 481 ⋅ 292 ⋅ 358 mod 673
≡ 140452 ⋅ 358 mod 673 ≡ 468 ⋅ 358 mod 673
≡ 167544 mod 673 ≡ 640 mod 673
Es gilt also: 358213 ≡ 640 mod 673
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 51.
Also bestimme x, so dass 51 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 51
| =>67 | = 1⋅51 + 16 |
| =>51 | = 3⋅16 + 3 |
| =>16 | = 5⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,51)=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= 16-5⋅3 | |||
| 3= 51-3⋅16 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅16 -5⋅(51 -3⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅51 +15⋅ 16) = -5⋅51 +16⋅ 16 (=1) |
| 16= 67-1⋅51 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅51 +16⋅(67 -1⋅ 51)
= -5⋅51 +16⋅67 -16⋅ 51) = 16⋅67 -21⋅ 51 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,51)=1 = 16⋅67 -21⋅51
oder wenn man 16⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 -16⋅67 = -21⋅51
-21⋅51 = -16⋅67 + 1 |+67⋅51
-21⋅51 + 67⋅51 = -16⋅67 + 67⋅51 + 1
(-21 + 67) ⋅ 51 = (-16 + 51) ⋅ 67 + 1
46⋅51 = 35⋅67 + 1
Es gilt also: 46⋅51 = 35⋅67 +1
Somit 46⋅51 = 1 mod 67
46 ist also das Inverse von 51 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
