Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (8002 + 2002) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(8002 + 2002) mod 4 ≡ (8002 mod 4 + 2002 mod 4) mod 4.
8002 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8002
= 8000
2002 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2002
= 2000
Somit gilt:
(8002 + 2002) mod 4 ≡ (2 + 2) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (49 ⋅ 18) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(49 ⋅ 18) mod 4 ≡ (49 mod 4 ⋅ 18 mod 4) mod 4.
49 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 48 + 1 = 12 ⋅ 4 + 1 ist.
18 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 16 + 2 = 4 ⋅ 4 + 2 ist.
Somit gilt:
(49 ⋅ 18) mod 4 ≡ (1 ⋅ 2) mod 4 ≡ 2 mod 4.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 481128 mod 509.
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. 481 -> x
2. mod(x²,509) -> 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: 4811=481
2: 4812=4811+1=4811⋅4811 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 275 mod 509
4: 4814=4812+2=4812⋅4812 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 293 mod 509
8: 4818=4814+4=4814⋅4814 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 337 mod 509
16: 48116=4818+8=4818⋅4818 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 62 mod 509
32: 48132=48116+16=48116⋅48116 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 281 mod 509
64: 48164=48132+32=48132⋅48132 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 66 mod 509
128: 481128=48164+64=48164⋅48164 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 284 mod 509
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 85287 mod 977.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 87 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 87 an und zerlegen 87 in eine Summer von 2er-Potenzen:
87 = 64+16+4+2+1
1: 8521=852
2: 8522=8521+1=8521⋅8521 ≡ 852⋅852=725904 ≡ 970 mod 977
4: 8524=8522+2=8522⋅8522 ≡ 970⋅970=940900 ≡ 49 mod 977
8: 8528=8524+4=8524⋅8524 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 447 mod 977
16: 85216=8528+8=8528⋅8528 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 501 mod 977
32: 85232=85216+16=85216⋅85216 ≡ 501⋅501=251001 ≡ 889 mod 977
64: 85264=85232+32=85232⋅85232 ≡ 889⋅889=790321 ≡ 905 mod 977
85287
= 85264+16+4+2+1
= 85264⋅85216⋅8524⋅8522⋅8521
≡ 905 ⋅ 501 ⋅ 49 ⋅ 970 ⋅ 852 mod 977
≡ 453405 ⋅ 49 ⋅ 970 ⋅ 852 mod 977 ≡ 77 ⋅ 49 ⋅ 970 ⋅ 852 mod 977
≡ 3773 ⋅ 970 ⋅ 852 mod 977 ≡ 842 ⋅ 970 ⋅ 852 mod 977
≡ 816740 ⋅ 852 mod 977 ≡ 945 ⋅ 852 mod 977
≡ 805140 mod 977 ≡ 92 mod 977
Es gilt also: 85287 ≡ 92 mod 977
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 52.
Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 52
| =>89 | = 1⋅52 + 37 |
| =>52 | = 1⋅37 + 15 |
| =>37 | = 2⋅15 + 7 |
| =>15 | = 2⋅7 + 1 |
| =>7 | = 7⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,52)=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= 37-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -2⋅(37 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -2⋅37 +4⋅ 15) = -2⋅37 +5⋅ 15 (=1) |
| 15= 52-1⋅37 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅37 +5⋅(52 -1⋅ 37)
= -2⋅37 +5⋅52 -5⋅ 37) = 5⋅52 -7⋅ 37 (=1) |
| 37= 89-1⋅52 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 5⋅52 -7⋅(89 -1⋅ 52)
= 5⋅52 -7⋅89 +7⋅ 52) = -7⋅89 +12⋅ 52 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,52)=1 = -7⋅89 +12⋅52
oder wenn man -7⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +7⋅89 = +12⋅52
Es gilt also: 12⋅52 = 7⋅89 +1
Somit 12⋅52 = 1 mod 89
12 ist also das Inverse von 52 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
