Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (24999 - 151) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(24999 - 151) mod 5 ≡ (24999 mod 5 - 151 mod 5) mod 5.
24999 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24999
= 24000
151 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 151
= 150
Somit gilt:
(24999 - 151) mod 5 ≡ (4 - 1) mod 5 ≡ 3 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (100 ⋅ 89) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(100 ⋅ 89) mod 6 ≡ (100 mod 6 ⋅ 89 mod 6) mod 6.
100 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 96 + 4 = 16 ⋅ 6 + 4 ist.
89 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 84 + 5 = 14 ⋅ 6 + 5 ist.
Somit gilt:
(100 ⋅ 89) mod 6 ≡ (4 ⋅ 5) mod 6 ≡ 20 mod 6 ≡ 2 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 86964 mod 947.
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. 869 -> x
2. mod(x²,947) -> 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: 8691=869
2: 8692=8691+1=8691⋅8691 ≡ 869⋅869=755161 ≡ 402 mod 947
4: 8694=8692+2=8692⋅8692 ≡ 402⋅402=161604 ≡ 614 mod 947
8: 8698=8694+4=8694⋅8694 ≡ 614⋅614=376996 ≡ 90 mod 947
16: 86916=8698+8=8698⋅8698 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 524 mod 947
32: 86932=86916+16=86916⋅86916 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 893 mod 947
64: 86964=86932+32=86932⋅86932 ≡ 893⋅893=797449 ≡ 75 mod 947
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 465206 mod 709.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 206 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 206 an und zerlegen 206 in eine Summer von 2er-Potenzen:
206 = 128+64+8+4+2
1: 4651=465
2: 4652=4651+1=4651⋅4651 ≡ 465⋅465=216225 ≡ 689 mod 709
4: 4654=4652+2=4652⋅4652 ≡ 689⋅689=474721 ≡ 400 mod 709
8: 4658=4654+4=4654⋅4654 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 475 mod 709
16: 46516=4658+8=4658⋅4658 ≡ 475⋅475=225625 ≡ 163 mod 709
32: 46532=46516+16=46516⋅46516 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 336 mod 709
64: 46564=46532+32=46532⋅46532 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 165 mod 709
128: 465128=46564+64=46564⋅46564 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 283 mod 709
465206
= 465128+64+8+4+2
= 465128⋅46564⋅4658⋅4654⋅4652
≡ 283 ⋅ 165 ⋅ 475 ⋅ 400 ⋅ 689 mod 709
≡ 46695 ⋅ 475 ⋅ 400 ⋅ 689 mod 709 ≡ 610 ⋅ 475 ⋅ 400 ⋅ 689 mod 709
≡ 289750 ⋅ 400 ⋅ 689 mod 709 ≡ 478 ⋅ 400 ⋅ 689 mod 709
≡ 191200 ⋅ 689 mod 709 ≡ 479 ⋅ 689 mod 709
≡ 330031 mod 709 ≡ 346 mod 709
Es gilt also: 465206 ≡ 346 mod 709
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 53.
Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 53
| =>89 | = 1⋅53 + 36 |
| =>53 | = 1⋅36 + 17 |
| =>36 | = 2⋅17 + 2 |
| =>17 | = 8⋅2 + 1 |
| =>2 | = 2⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(89,53)=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= 17-8⋅2 | |||
| 2= 36-2⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17) = -8⋅36 +17⋅ 17 (=1) |
| 17= 53-1⋅36 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -8⋅36 +17⋅(53 -1⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅53 -17⋅ 36) = 17⋅53 -25⋅ 36 (=1) |
| 36= 89-1⋅53 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 17⋅53 -25⋅(89 -1⋅ 53)
= 17⋅53 -25⋅89 +25⋅ 53) = -25⋅89 +42⋅ 53 (=1) |
Es gilt also: ggt(89,53)=1 = -25⋅89 +42⋅53
oder wenn man -25⋅89 auf die linke Seite bringt:
1 +25⋅89 = +42⋅53
Es gilt also: 42⋅53 = 25⋅89 +1
Somit 42⋅53 = 1 mod 89
42 ist also das Inverse von 53 mod 89
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
