Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3503 - 7000) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3503 - 7000) mod 7 ≡ (3503 mod 7 - 7000 mod 7) mod 7.
3503 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3503
= 3500
7000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7000
= 7000
Somit gilt:
(3503 - 7000) mod 7 ≡ (3 - 0) mod 7 ≡ 3 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 22) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(93 ⋅ 22) mod 9 ≡ (93 mod 9 ⋅ 22 mod 9) mod 9.
93 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 10 ⋅ 9 + 3 ist.
22 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 18 + 4 = 2 ⋅ 9 + 4 ist.
Somit gilt:
(93 ⋅ 22) mod 9 ≡ (3 ⋅ 4) mod 9 ≡ 12 mod 9 ≡ 3 mod 9.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 190128 mod 257.
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. 190 -> 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: 1901=190
2: 1902=1901+1=1901⋅1901 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 120 mod 257
4: 1904=1902+2=1902⋅1902 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 8 mod 257
8: 1908=1904+4=1904⋅1904 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 257
16: 19016=1908+8=1908⋅1908 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 241 mod 257
32: 19032=19016+16=19016⋅19016 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 256 mod 257
64: 19064=19032+32=19032⋅19032 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 1 mod 257
128: 190128=19064+64=19064⋅19064 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 257
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 231141 mod 419.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 141 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 141 an und zerlegen 141 in eine Summer von 2er-Potenzen:
141 = 128+8+4+1
1: 2311=231
2: 2312=2311+1=2311⋅2311 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 148 mod 419
4: 2314=2312+2=2312⋅2312 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 116 mod 419
8: 2318=2314+4=2314⋅2314 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 48 mod 419
16: 23116=2318+8=2318⋅2318 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 209 mod 419
32: 23132=23116+16=23116⋅23116 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 105 mod 419
64: 23164=23132+32=23132⋅23132 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 131 mod 419
128: 231128=23164+64=23164⋅23164 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 401 mod 419
231141
= 231128+8+4+1
= 231128⋅2318⋅2314⋅2311
≡ 401 ⋅ 48 ⋅ 116 ⋅ 231 mod 419
≡ 19248 ⋅ 116 ⋅ 231 mod 419 ≡ 393 ⋅ 116 ⋅ 231 mod 419
≡ 45588 ⋅ 231 mod 419 ≡ 336 ⋅ 231 mod 419
≡ 77616 mod 419 ≡ 101 mod 419
Es gilt also: 231141 ≡ 101 mod 419
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 35.
Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 35
| =>53 | = 1⋅35 + 18 |
| =>35 | = 1⋅18 + 17 |
| =>18 | = 1⋅17 + 1 |
| =>17 | = 17⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,35)=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= 18-1⋅17 | |||
| 17= 35-1⋅18 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅18 -1⋅(35 -1⋅ 18)
= 1⋅18 -1⋅35 +1⋅ 18) = -1⋅35 +2⋅ 18 (=1) |
| 18= 53-1⋅35 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅35 +2⋅(53 -1⋅ 35)
= -1⋅35 +2⋅53 -2⋅ 35) = 2⋅53 -3⋅ 35 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,35)=1 = 2⋅53 -3⋅35
oder wenn man 2⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅53 = -3⋅35
-3⋅35 = -2⋅53 + 1 |+53⋅35
-3⋅35 + 53⋅35 = -2⋅53 + 53⋅35 + 1
(-3 + 53) ⋅ 35 = (-2 + 35) ⋅ 53 + 1
50⋅35 = 33⋅53 + 1
Es gilt also: 50⋅35 = 33⋅53 +1
Somit 50⋅35 = 1 mod 53
50 ist also das Inverse von 35 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
