Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (3203 - 16004) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(3203 - 16004) mod 8 ≡ (3203 mod 8 - 16004 mod 8) mod 8.
3203 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3203
= 3200
16004 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16004
= 16000
Somit gilt:
(3203 - 16004) mod 8 ≡ (3 - 4) mod 8 ≡ -1 mod 8 ≡ 7 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (66 ⋅ 33) mod 6.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(66 ⋅ 33) mod 6 ≡ (66 mod 6 ⋅ 33 mod 6) mod 6.
66 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 66 + 0 = 11 ⋅ 6 + 0 ist.
33 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 30 + 3 = 5 ⋅ 6 + 3 ist.
Somit gilt:
(66 ⋅ 33) mod 6 ≡ (0 ⋅ 3) mod 6 ≡ 0 mod 6.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 532128 mod 661.
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. 532 -> x
2. mod(x²,661) -> 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: 5321=532
2: 5322=5321+1=5321⋅5321 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 116 mod 661
4: 5324=5322+2=5322⋅5322 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 236 mod 661
8: 5328=5324+4=5324⋅5324 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 172 mod 661
16: 53216=5328+8=5328⋅5328 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 500 mod 661
32: 53232=53216+16=53216⋅53216 ≡ 500⋅500=250000 ≡ 142 mod 661
64: 53264=53232+32=53232⋅53232 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 334 mod 661
128: 532128=53264+64=53264⋅53264 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 508 mod 661
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 216162 mod 457.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 162 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 162 an und zerlegen 162 in eine Summer von 2er-Potenzen:
162 = 128+32+2
1: 2161=216
2: 2162=2161+1=2161⋅2161 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 42 mod 457
4: 2164=2162+2=2162⋅2162 ≡ 42⋅42=1764 ≡ 393 mod 457
8: 2168=2164+4=2164⋅2164 ≡ 393⋅393=154449 ≡ 440 mod 457
16: 21616=2168+8=2168⋅2168 ≡ 440⋅440=193600 ≡ 289 mod 457
32: 21632=21616+16=21616⋅21616 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 347 mod 457
64: 21664=21632+32=21632⋅21632 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 218 mod 457
128: 216128=21664+64=21664⋅21664 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 453 mod 457
216162
= 216128+32+2
= 216128⋅21632⋅2162
≡ 453 ⋅ 347 ⋅ 42 mod 457
≡ 157191 ⋅ 42 mod 457 ≡ 440 ⋅ 42 mod 457
≡ 18480 mod 457 ≡ 200 mod 457
Es gilt also: 216162 ≡ 200 mod 457
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 34.
Also bestimme x, so dass 34 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 34
| =>61 | = 1⋅34 + 27 |
| =>34 | = 1⋅27 + 7 |
| =>27 | = 3⋅7 + 6 |
| =>7 | = 1⋅6 + 1 |
| =>6 | = 6⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(61,34)=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= 7-1⋅6 | |||
| 6= 27-3⋅7 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅7 -1⋅(27 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅27 +3⋅ 7) = -1⋅27 +4⋅ 7 (=1) |
| 7= 34-1⋅27 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -1⋅27 +4⋅(34 -1⋅ 27)
= -1⋅27 +4⋅34 -4⋅ 27) = 4⋅34 -5⋅ 27 (=1) |
| 27= 61-1⋅34 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 4⋅34 -5⋅(61 -1⋅ 34)
= 4⋅34 -5⋅61 +5⋅ 34) = -5⋅61 +9⋅ 34 (=1) |
Es gilt also: ggt(61,34)=1 = -5⋅61 +9⋅34
oder wenn man -5⋅61 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅61 = +9⋅34
Es gilt also: 9⋅34 = 5⋅61 +1
Somit 9⋅34 = 1 mod 61
9 ist also das Inverse von 34 mod 61
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
