Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (2105 + 6999) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(2105 + 6999) mod 7 ≡ (2105 mod 7 + 6999 mod 7) mod 7.
2105 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2105
= 2100
6999 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6999
= 7000
Somit gilt:
(2105 + 6999) mod 7 ≡ (5 + 6) mod 7 ≡ 11 mod 7 ≡ 4 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 32) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(30 ⋅ 32) mod 6 ≡ (30 mod 6 ⋅ 32 mod 6) mod 6.
30 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 30 + 0 = 5 ⋅ 6 + 0 ist.
32 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 30 + 2 = 5 ⋅ 6 + 2 ist.
Somit gilt:
(30 ⋅ 32) mod 6 ≡ (0 ⋅ 2) mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 23264 mod 563.
Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).
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. 232 -> x
2. mod(x²,563) -> 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: 2321=232
2: 2322=2321+1=2321⋅2321 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 339 mod 563
4: 2324=2322+2=2322⋅2322 ≡ 339⋅339=114921 ≡ 69 mod 563
8: 2328=2324+4=2324⋅2324 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 257 mod 563
16: 23216=2328+8=2328⋅2328 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 178 mod 563
32: 23232=23216+16=23216⋅23216 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 156 mod 563
64: 23264=23232+32=23232⋅23232 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 127 mod 563
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 382175 mod 599.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 175 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 175 an und zerlegen 175 in eine Summer von 2er-Potenzen:
175 = 128+32+8+4+2+1
1: 3821=382
2: 3822=3821+1=3821⋅3821 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 367 mod 599
4: 3824=3822+2=3822⋅3822 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 513 mod 599
8: 3828=3824+4=3824⋅3824 ≡ 513⋅513=263169 ≡ 208 mod 599
16: 38216=3828+8=3828⋅3828 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 136 mod 599
32: 38232=38216+16=38216⋅38216 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 526 mod 599
64: 38264=38232+32=38232⋅38232 ≡ 526⋅526=276676 ≡ 537 mod 599
128: 382128=38264+64=38264⋅38264 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 250 mod 599
382175
= 382128+32+8+4+2+1
= 382128⋅38232⋅3828⋅3824⋅3822⋅3821
≡ 250 ⋅ 526 ⋅ 208 ⋅ 513 ⋅ 367 ⋅ 382 mod 599
≡ 131500 ⋅ 208 ⋅ 513 ⋅ 367 ⋅ 382 mod 599 ≡ 319 ⋅ 208 ⋅ 513 ⋅ 367 ⋅ 382 mod 599
≡ 66352 ⋅ 513 ⋅ 367 ⋅ 382 mod 599 ≡ 462 ⋅ 513 ⋅ 367 ⋅ 382 mod 599
≡ 237006 ⋅ 367 ⋅ 382 mod 599 ≡ 401 ⋅ 367 ⋅ 382 mod 599
≡ 147167 ⋅ 382 mod 599 ≡ 412 ⋅ 382 mod 599
≡ 157384 mod 599 ≡ 446 mod 599
Es gilt also: 382175 ≡ 446 mod 599
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 37.
Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 37
| =>59 | = 1⋅37 + 22 |
| =>37 | = 1⋅22 + 15 |
| =>22 | = 1⋅15 + 7 |
| =>15 | = 2⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,37)=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= 15-2⋅7 | |||
| 7= 22-1⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -2⋅(22 -1⋅ 15)
= 1⋅15 -2⋅22 +2⋅ 15) = -2⋅22 +3⋅ 15 (=1) |
| 15= 37-1⋅22 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅22 +3⋅(37 -1⋅ 22)
= -2⋅22 +3⋅37 -3⋅ 22) = 3⋅37 -5⋅ 22 (=1) |
| 22= 59-1⋅37 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅37 -5⋅(59 -1⋅ 37)
= 3⋅37 -5⋅59 +5⋅ 37) = -5⋅59 +8⋅ 37 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,37)=1 = -5⋅59 +8⋅37
oder wenn man -5⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅59 = +8⋅37
Es gilt also: 8⋅37 = 5⋅59 +1
Somit 8⋅37 = 1 mod 59
8 ist also das Inverse von 37 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
