Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (1800 - 11998) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(1800 - 11998) mod 6 ≡ (1800 mod 6 - 11998 mod 6) mod 6.
1800 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1800
= 1800
11998 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11998
= 12000
Somit gilt:
(1800 - 11998) mod 6 ≡ (0 - 4) mod 6 ≡ -4 mod 6 ≡ 2 mod 6.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 48) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(58 ⋅ 48) mod 7 ≡ (58 mod 7 ⋅ 48 mod 7) mod 7.
58 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 8 ⋅ 7 + 2 ist.
48 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 42 + 6 = 6 ⋅ 7 + 6 ist.
Somit gilt:
(58 ⋅ 48) mod 7 ≡ (2 ⋅ 6) mod 7 ≡ 12 mod 7 ≡ 5 mod 7.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 16532 mod 223.
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. 165 -> x
2. mod(x²,223) -> 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: 1651=165
2: 1652=1651+1=1651⋅1651 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 19 mod 223
4: 1654=1652+2=1652⋅1652 ≡ 19⋅19=361 ≡ 138 mod 223
8: 1658=1654+4=1654⋅1654 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 89 mod 223
16: 16516=1658+8=1658⋅1658 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 116 mod 223
32: 16532=16516+16=16516⋅16516 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 76 mod 223
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 641185 mod 967.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 185 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 185 an und zerlegen 185 in eine Summer von 2er-Potenzen:
185 = 128+32+16+8+1
1: 6411=641
2: 6412=6411+1=6411⋅6411 ≡ 641⋅641=410881 ≡ 873 mod 967
4: 6414=6412+2=6412⋅6412 ≡ 873⋅873=762129 ≡ 133 mod 967
8: 6418=6414+4=6414⋅6414 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 283 mod 967
16: 64116=6418+8=6418⋅6418 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 795 mod 967
32: 64132=64116+16=64116⋅64116 ≡ 795⋅795=632025 ≡ 574 mod 967
64: 64164=64132+32=64132⋅64132 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 696 mod 967
128: 641128=64164+64=64164⋅64164 ≡ 696⋅696=484416 ≡ 916 mod 967
641185
= 641128+32+16+8+1
= 641128⋅64132⋅64116⋅6418⋅6411
≡ 916 ⋅ 574 ⋅ 795 ⋅ 283 ⋅ 641 mod 967
≡ 525784 ⋅ 795 ⋅ 283 ⋅ 641 mod 967 ≡ 703 ⋅ 795 ⋅ 283 ⋅ 641 mod 967
≡ 558885 ⋅ 283 ⋅ 641 mod 967 ≡ 926 ⋅ 283 ⋅ 641 mod 967
≡ 262058 ⋅ 641 mod 967 ≡ 1 ⋅ 641 mod 967
≡ 641 mod 967
Es gilt also: 641185 ≡ 641 mod 967
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 23.
Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 23
| =>59 | = 2⋅23 + 13 |
| =>23 | = 1⋅13 + 10 |
| =>13 | = 1⋅10 + 3 |
| =>10 | = 3⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(59,23)=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= 10-3⋅3 | |||
| 3= 13-1⋅10 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅10 -3⋅(13 -1⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅13 +3⋅ 10) = -3⋅13 +4⋅ 10 (=1) |
| 10= 23-1⋅13 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -3⋅13 +4⋅(23 -1⋅ 13)
= -3⋅13 +4⋅23 -4⋅ 13) = 4⋅23 -7⋅ 13 (=1) |
| 13= 59-2⋅23 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅23 -7⋅(59 -2⋅ 23)
= 4⋅23 -7⋅59 +14⋅ 23) = -7⋅59 +18⋅ 23 (=1) |
Es gilt also: ggt(59,23)=1 = -7⋅59 +18⋅23
oder wenn man -7⋅59 auf die linke Seite bringt:
1 +7⋅59 = +18⋅23
Es gilt also: 18⋅23 = 7⋅59 +1
Somit 18⋅23 = 1 mod 59
18 ist also das Inverse von 23 mod 59
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
