Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (28000 - 14005) mod 7.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(28000 - 14005) mod 7 ≡ (28000 mod 7 - 14005 mod 7) mod 7.
28000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28000
= 28000
14005 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14005
= 14000
Somit gilt:
(28000 - 14005) mod 7 ≡ (0 - 5) mod 7 ≡ -5 mod 7 ≡ 2 mod 7.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 46) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(74 ⋅ 46) mod 8 ≡ (74 mod 8 ⋅ 46 mod 8) mod 8.
74 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 9 ⋅ 8 + 2 ist.
46 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 40 + 6 = 5 ⋅ 8 + 6 ist.
Somit gilt:
(74 ⋅ 46) mod 8 ≡ (2 ⋅ 6) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 16516 mod 241.
Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).
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(x²,241) -> 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 ≡ 233 mod 241
4: 1654=1652+2=1652⋅1652 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 64 mod 241
8: 1658=1654+4=1654⋅1654 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 240 mod 241
16: 16516=1658+8=1658⋅1658 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 1 mod 241
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 364218 mod 379.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 218 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 218 an und zerlegen 218 in eine Summer von 2er-Potenzen:
218 = 128+64+16+8+2
1: 3641=364
2: 3642=3641+1=3641⋅3641 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 225 mod 379
4: 3644=3642+2=3642⋅3642 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 218 mod 379
8: 3648=3644+4=3644⋅3644 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 149 mod 379
16: 36416=3648+8=3648⋅3648 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 219 mod 379
32: 36432=36416+16=36416⋅36416 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 207 mod 379
64: 36464=36432+32=36432⋅36432 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 22 mod 379
128: 364128=36464+64=36464⋅36464 ≡ 22⋅22=484 ≡ 105 mod 379
364218
= 364128+64+16+8+2
= 364128⋅36464⋅36416⋅3648⋅3642
≡ 105 ⋅ 22 ⋅ 219 ⋅ 149 ⋅ 225 mod 379
≡ 2310 ⋅ 219 ⋅ 149 ⋅ 225 mod 379 ≡ 36 ⋅ 219 ⋅ 149 ⋅ 225 mod 379
≡ 7884 ⋅ 149 ⋅ 225 mod 379 ≡ 304 ⋅ 149 ⋅ 225 mod 379
≡ 45296 ⋅ 225 mod 379 ≡ 195 ⋅ 225 mod 379
≡ 43875 mod 379 ≡ 290 mod 379
Es gilt also: 364218 ≡ 290 mod 379
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 32.
Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 32
| =>79 | = 2⋅32 + 15 |
| =>32 | = 2⋅15 + 2 |
| =>15 | = 7⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(79,32)=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= 15-7⋅2 | |||
| 2= 32-2⋅15 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅15 -7⋅(32 -2⋅ 15)
= 1⋅15 -7⋅32 +14⋅ 15) = -7⋅32 +15⋅ 15 (=1) |
| 15= 79-2⋅32 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -7⋅32 +15⋅(79 -2⋅ 32)
= -7⋅32 +15⋅79 -30⋅ 32) = 15⋅79 -37⋅ 32 (=1) |
Es gilt also: ggt(79,32)=1 = 15⋅79 -37⋅32
oder wenn man 15⋅79 auf die linke Seite bringt:
1 -15⋅79 = -37⋅32
-37⋅32 = -15⋅79 + 1 |+79⋅32
-37⋅32 + 79⋅32 = -15⋅79 + 79⋅32 + 1
(-37 + 79) ⋅ 32 = (-15 + 32) ⋅ 79 + 1
42⋅32 = 17⋅79 + 1
Es gilt also: 42⋅32 = 17⋅79 +1
Somit 42⋅32 = 1 mod 79
42 ist also das Inverse von 32 mod 79
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
