Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (24004 + 24006) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(24004 + 24006) mod 8 ≡ (24004 mod 8 + 24006 mod 8) mod 8.
24004 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24004
= 24000
24006 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24006
= 24000
Somit gilt:
(24004 + 24006) mod 8 ≡ (4 + 6) mod 8 ≡ 10 mod 8 ≡ 2 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 54) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(15 ⋅ 54) mod 5 ≡ (15 mod 5 ⋅ 54 mod 5) mod 5.
15 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 15 + 0 = 3 ⋅ 5 + 0 ist.
54 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 50 + 4 = 10 ⋅ 5 + 4 ist.
Somit gilt:
(15 ⋅ 54) mod 5 ≡ (0 ⋅ 4) mod 5 ≡ 0 mod 5.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 358128 mod 577.
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. 358 -> x
2. mod(x²,577) -> 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: 3581=358
2: 3582=3581+1=3581⋅3581 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 70 mod 577
4: 3584=3582+2=3582⋅3582 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 284 mod 577
8: 3588=3584+4=3584⋅3584 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 453 mod 577
16: 35816=3588+8=3588⋅3588 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 374 mod 577
32: 35832=35816+16=35816⋅35816 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 242 mod 577
64: 35864=35832+32=35832⋅35832 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 287 mod 577
128: 358128=35864+64=35864⋅35864 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 435 mod 577
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 679212 mod 691.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 212 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 212 an und zerlegen 212 in eine Summer von 2er-Potenzen:
212 = 128+64+16+4
1: 6791=679
2: 6792=6791+1=6791⋅6791 ≡ 679⋅679=461041 ≡ 144 mod 691
4: 6794=6792+2=6792⋅6792 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 6 mod 691
8: 6798=6794+4=6794⋅6794 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 691
16: 67916=6798+8=6798⋅6798 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 605 mod 691
32: 67932=67916+16=67916⋅67916 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 486 mod 691
64: 67964=67932+32=67932⋅67932 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 565 mod 691
128: 679128=67964+64=67964⋅67964 ≡ 565⋅565=319225 ≡ 674 mod 691
679212
= 679128+64+16+4
= 679128⋅67964⋅67916⋅6794
≡ 674 ⋅ 565 ⋅ 605 ⋅ 6 mod 691
≡ 380810 ⋅ 605 ⋅ 6 mod 691 ≡ 69 ⋅ 605 ⋅ 6 mod 691
≡ 41745 ⋅ 6 mod 691 ≡ 285 ⋅ 6 mod 691
≡ 1710 mod 691 ≡ 328 mod 691
Es gilt also: 679212 ≡ 328 mod 691
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 55.
Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 55
| =>83 | = 1⋅55 + 28 |
| =>55 | = 1⋅28 + 27 |
| =>28 | = 1⋅27 + 1 |
| =>27 | = 27⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(83,55)=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= 28-1⋅27 | |||
| 27= 55-1⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅28 -1⋅(55 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -1⋅55 +1⋅ 28) = -1⋅55 +2⋅ 28 (=1) |
| 28= 83-1⋅55 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅55 +2⋅(83 -1⋅ 55)
= -1⋅55 +2⋅83 -2⋅ 55) = 2⋅83 -3⋅ 55 (=1) |
Es gilt also: ggt(83,55)=1 = 2⋅83 -3⋅55
oder wenn man 2⋅83 auf die linke Seite bringt:
1 -2⋅83 = -3⋅55
-3⋅55 = -2⋅83 + 1 |+83⋅55
-3⋅55 + 83⋅55 = -2⋅83 + 83⋅55 + 1
(-3 + 83) ⋅ 55 = (-2 + 55) ⋅ 83 + 1
80⋅55 = 53⋅83 + 1
Es gilt also: 80⋅55 = 53⋅83 +1
Somit 80⋅55 = 1 mod 83
80 ist also das Inverse von 55 mod 83
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
