Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (11999 - 200) mod 4.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(11999 - 200) mod 4 ≡ (11999 mod 4 - 200 mod 4) mod 4.
11999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11999
= 11000
200 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 200
= 200
Somit gilt:
(11999 - 200) mod 4 ≡ (3 - 0) mod 4 ≡ 3 mod 4.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 94) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(23 ⋅ 94) mod 3 ≡ (23 mod 3 ⋅ 94 mod 3) mod 3.
23 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 21 + 2 = 7 ⋅ 3 + 2 ist.
94 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 93 + 1 = 31 ⋅ 3 + 1 ist.
Somit gilt:
(23 ⋅ 94) mod 3 ≡ (2 ⋅ 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 16364 mod 251.
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. 163 -> x
2. mod(x²,251) -> 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: 1631=163
2: 1632=1631+1=1631⋅1631 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 214 mod 251
4: 1634=1632+2=1632⋅1632 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 114 mod 251
8: 1638=1634+4=1634⋅1634 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 195 mod 251
16: 16316=1638+8=1638⋅1638 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 124 mod 251
32: 16332=16316+16=16316⋅16316 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 65 mod 251
64: 16364=16332+32=16332⋅16332 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 209 mod 251
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 238151 mod 761.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 151 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 151 an und zerlegen 151 in eine Summer von 2er-Potenzen:
151 = 128+16+4+2+1
1: 2381=238
2: 2382=2381+1=2381⋅2381 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 330 mod 761
4: 2384=2382+2=2382⋅2382 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 77 mod 761
8: 2388=2384+4=2384⋅2384 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 602 mod 761
16: 23816=2388+8=2388⋅2388 ≡ 602⋅602=362404 ≡ 168 mod 761
32: 23832=23816+16=23816⋅23816 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 67 mod 761
64: 23864=23832+32=23832⋅23832 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 684 mod 761
128: 238128=23864+64=23864⋅23864 ≡ 684⋅684=467856 ≡ 602 mod 761
238151
= 238128+16+4+2+1
= 238128⋅23816⋅2384⋅2382⋅2381
≡ 602 ⋅ 168 ⋅ 77 ⋅ 330 ⋅ 238 mod 761
≡ 101136 ⋅ 77 ⋅ 330 ⋅ 238 mod 761 ≡ 684 ⋅ 77 ⋅ 330 ⋅ 238 mod 761
≡ 52668 ⋅ 330 ⋅ 238 mod 761 ≡ 159 ⋅ 330 ⋅ 238 mod 761
≡ 52470 ⋅ 238 mod 761 ≡ 722 ⋅ 238 mod 761
≡ 171836 mod 761 ≡ 611 mod 761
Es gilt also: 238151 ≡ 611 mod 761
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 64.
Also bestimme x, so dass 64 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 64
| =>97 | = 1⋅64 + 33 |
| =>64 | = 1⋅33 + 31 |
| =>33 | = 1⋅31 + 2 |
| =>31 | = 15⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(97,64)=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= 31-15⋅2 | |||
| 2= 33-1⋅31 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅31 -15⋅(33 -1⋅ 31)
= 1⋅31 -15⋅33 +15⋅ 31) = -15⋅33 +16⋅ 31 (=1) |
| 31= 64-1⋅33 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -15⋅33 +16⋅(64 -1⋅ 33)
= -15⋅33 +16⋅64 -16⋅ 33) = 16⋅64 -31⋅ 33 (=1) |
| 33= 97-1⋅64 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 16⋅64 -31⋅(97 -1⋅ 64)
= 16⋅64 -31⋅97 +31⋅ 64) = -31⋅97 +47⋅ 64 (=1) |
Es gilt also: ggt(97,64)=1 = -31⋅97 +47⋅64
oder wenn man -31⋅97 auf die linke Seite bringt:
1 +31⋅97 = +47⋅64
Es gilt also: 47⋅64 = 31⋅97 +1
Somit 47⋅64 = 1 mod 97
47 ist also das Inverse von 64 mod 97
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
