Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (84 - 8000) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(84 - 8000) mod 8 ≡ (84 mod 8 - 8000 mod 8) mod 8.
84 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84
= 80
8000 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8000
= 8000
Somit gilt:
(84 - 8000) mod 8 ≡ (4 - 0) mod 8 ≡ 4 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 25) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(18 ⋅ 25) mod 5 ≡ (18 mod 5 ⋅ 25 mod 5) mod 5.
18 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 15 + 3 = 3 ⋅ 5 + 3 ist.
25 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 25 + 0 = 5 ⋅ 5 + 0 ist.
Somit gilt:
(18 ⋅ 25) mod 5 ≡ (3 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 477128 mod 587.
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. 477 -> x
2. mod(x²,587) -> 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: 4771=477
2: 4772=4771+1=4771⋅4771 ≡ 477⋅477=227529 ≡ 360 mod 587
4: 4774=4772+2=4772⋅4772 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 460 mod 587
8: 4778=4774+4=4774⋅4774 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 280 mod 587
16: 47716=4778+8=4778⋅4778 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 329 mod 587
32: 47732=47716+16=47716⋅47716 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 233 mod 587
64: 47764=47732+32=47732⋅47732 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 285 mod 587
128: 477128=47764+64=47764⋅47764 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 219 mod 587
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 235227 mod 487.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 227 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 227 an und zerlegen 227 in eine Summer von 2er-Potenzen:
227 = 128+64+32+2+1
1: 2351=235
2: 2352=2351+1=2351⋅2351 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 194 mod 487
4: 2354=2352+2=2352⋅2352 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 137 mod 487
8: 2358=2354+4=2354⋅2354 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 263 mod 487
16: 23516=2358+8=2358⋅2358 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 15 mod 487
32: 23532=23516+16=23516⋅23516 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 487
64: 23564=23532+32=23532⋅23532 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 464 mod 487
128: 235128=23564+64=23564⋅23564 ≡ 464⋅464=215296 ≡ 42 mod 487
235227
= 235128+64+32+2+1
= 235128⋅23564⋅23532⋅2352⋅2351
≡ 42 ⋅ 464 ⋅ 225 ⋅ 194 ⋅ 235 mod 487
≡ 19488 ⋅ 225 ⋅ 194 ⋅ 235 mod 487 ≡ 8 ⋅ 225 ⋅ 194 ⋅ 235 mod 487
≡ 1800 ⋅ 194 ⋅ 235 mod 487 ≡ 339 ⋅ 194 ⋅ 235 mod 487
≡ 65766 ⋅ 235 mod 487 ≡ 21 ⋅ 235 mod 487
≡ 4935 mod 487 ≡ 65 mod 487
Es gilt also: 235227 ≡ 65 mod 487
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 25.
Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 25
| =>71 | = 2⋅25 + 21 |
| =>25 | = 1⋅21 + 4 |
| =>21 | = 5⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,25)=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= 21-5⋅4 | |||
| 4= 25-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -5⋅(25 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -5⋅25 +5⋅ 21) = -5⋅25 +6⋅ 21 (=1) |
| 21= 71-2⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅25 +6⋅(71 -2⋅ 25)
= -5⋅25 +6⋅71 -12⋅ 25) = 6⋅71 -17⋅ 25 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,25)=1 = 6⋅71 -17⋅25
oder wenn man 6⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -6⋅71 = -17⋅25
-17⋅25 = -6⋅71 + 1 |+71⋅25
-17⋅25 + 71⋅25 = -6⋅71 + 71⋅25 + 1
(-17 + 71) ⋅ 25 = (-6 + 25) ⋅ 71 + 1
54⋅25 = 19⋅71 + 1
Es gilt also: 54⋅25 = 19⋅71 +1
Somit 54⋅25 = 1 mod 71
54 ist also das Inverse von 25 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
