Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (180 + 18003) mod 9.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(180 + 18003) mod 9 ≡ (180 mod 9 + 18003 mod 9) mod 9.
180 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 180
= 180
18003 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18003
= 18000
Somit gilt:
(180 + 18003) mod 9 ≡ (0 + 3) mod 9 ≡ 3 mod 9.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (40 ⋅ 39) mod 3.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(40 ⋅ 39) mod 3 ≡ (40 mod 3 ⋅ 39 mod 3) mod 3.
40 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 39 + 1 = 13 ⋅ 3 + 1 ist.
39 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 39 + 0 = 13 ⋅ 3 + 0 ist.
Somit gilt:
(40 ⋅ 39) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 316128 mod 383.
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. 316 -> x
2. mod(x²,383) -> 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: 3161=316
2: 3162=3161+1=3161⋅3161 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 276 mod 383
4: 3164=3162+2=3162⋅3162 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 342 mod 383
8: 3168=3164+4=3164⋅3164 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 149 mod 383
16: 31616=3168+8=3168⋅3168 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 370 mod 383
32: 31632=31616+16=31616⋅31616 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 169 mod 383
64: 31664=31632+32=31632⋅31632 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 219 mod 383
128: 316128=31664+64=31664⋅31664 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 86 mod 383
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 511197 mod 967.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 197 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 197 an und zerlegen 197 in eine Summer von 2er-Potenzen:
197 = 128+64+4+1
1: 5111=511
2: 5112=5111+1=5111⋅5111 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 31 mod 967
4: 5114=5112+2=5112⋅5112 ≡ 31⋅31=961 ≡ 961 mod 967
8: 5118=5114+4=5114⋅5114 ≡ 961⋅961=923521 ≡ 36 mod 967
16: 51116=5118+8=5118⋅5118 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 329 mod 967
32: 51132=51116+16=51116⋅51116 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 904 mod 967
64: 51164=51132+32=51132⋅51132 ≡ 904⋅904=817216 ≡ 101 mod 967
128: 511128=51164+64=51164⋅51164 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 531 mod 967
511197
= 511128+64+4+1
= 511128⋅51164⋅5114⋅5111
≡ 531 ⋅ 101 ⋅ 961 ⋅ 511 mod 967
≡ 53631 ⋅ 961 ⋅ 511 mod 967 ≡ 446 ⋅ 961 ⋅ 511 mod 967
≡ 428606 ⋅ 511 mod 967 ≡ 225 ⋅ 511 mod 967
≡ 114975 mod 967 ≡ 869 mod 967
Es gilt also: 511197 ≡ 869 mod 967
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 25.
Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 25
| =>71 | = 2⋅25 + 21 |
| =>25 | = 1⋅21 + 4 |
| =>21 | = 5⋅4 + 1 |
| =>4 | = 4⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(71,25)=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= 21-5⋅4 | |||
| 4= 25-1⋅21 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅21 -5⋅(25 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -5⋅25 +5⋅ 21) = -5⋅25 +6⋅ 21 (=1) |
| 21= 71-2⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -5⋅25 +6⋅(71 -2⋅ 25)
= -5⋅25 +6⋅71 -12⋅ 25) = 6⋅71 -17⋅ 25 (=1) |
Es gilt also: ggt(71,25)=1 = 6⋅71 -17⋅25
oder wenn man 6⋅71 auf die linke Seite bringt:
1 -6⋅71 = -17⋅25
-17⋅25 = -6⋅71 + 1 |+71⋅25
-17⋅25 + 71⋅25 = -6⋅71 + 71⋅25 + 1
(-17 + 71) ⋅ 25 = (-6 + 25) ⋅ 71 + 1
54⋅25 = 19⋅71 + 1
Es gilt also: 54⋅25 = 19⋅71 +1
Somit 54⋅25 = 1 mod 71
54 ist also das Inverse von 25 mod 71
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
