Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (167 - 8005) mod 8.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(167 - 8005) mod 8 ≡ (167 mod 8 - 8005 mod 8) mod 8.
167 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 167
= 160
8005 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8005
= 8000
Somit gilt:
(167 - 8005) mod 8 ≡ (7 - 5) mod 8 ≡ 2 mod 8.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (100 ⋅ 49) mod 11.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(100 ⋅ 49) mod 11 ≡ (100 mod 11 ⋅ 49 mod 11) mod 11.
100 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 99 + 1 = 9 ⋅ 11 + 1 ist.
49 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 44 + 5 = 4 ⋅ 11 + 5 ist.
Somit gilt:
(100 ⋅ 49) mod 11 ≡ (1 ⋅ 5) mod 11 ≡ 5 mod 11.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 64216 mod 647.
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. 642 -> x
2. mod(x²,647) -> 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: 6421=642
2: 6422=6421+1=6421⋅6421 ≡ 642⋅642=412164 ≡ 25 mod 647
4: 6424=6422+2=6422⋅6422 ≡ 25⋅25=625 ≡ 625 mod 647
8: 6428=6424+4=6424⋅6424 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 484 mod 647
16: 64216=6428+8=6428⋅6428 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 42 mod 647
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 431253 mod 547.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 253 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 253 an und zerlegen 253 in eine Summer von 2er-Potenzen:
253 = 128+64+32+16+8+4+1
1: 4311=431
2: 4312=4311+1=4311⋅4311 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 328 mod 547
4: 4314=4312+2=4312⋅4312 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 372 mod 547
8: 4318=4314+4=4314⋅4314 ≡ 372⋅372=138384 ≡ 540 mod 547
16: 43116=4318+8=4318⋅4318 ≡ 540⋅540=291600 ≡ 49 mod 547
32: 43132=43116+16=43116⋅43116 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 213 mod 547
64: 43164=43132+32=43132⋅43132 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 515 mod 547
128: 431128=43164+64=43164⋅43164 ≡ 515⋅515=265225 ≡ 477 mod 547
431253
= 431128+64+32+16+8+4+1
= 431128⋅43164⋅43132⋅43116⋅4318⋅4314⋅4311
≡ 477 ⋅ 515 ⋅ 213 ⋅ 49 ⋅ 540 ⋅ 372 ⋅ 431 mod 547
≡ 245655 ⋅ 213 ⋅ 49 ⋅ 540 ⋅ 372 ⋅ 431 mod 547 ≡ 52 ⋅ 213 ⋅ 49 ⋅ 540 ⋅ 372 ⋅ 431 mod 547
≡ 11076 ⋅ 49 ⋅ 540 ⋅ 372 ⋅ 431 mod 547 ≡ 136 ⋅ 49 ⋅ 540 ⋅ 372 ⋅ 431 mod 547
≡ 6664 ⋅ 540 ⋅ 372 ⋅ 431 mod 547 ≡ 100 ⋅ 540 ⋅ 372 ⋅ 431 mod 547
≡ 54000 ⋅ 372 ⋅ 431 mod 547 ≡ 394 ⋅ 372 ⋅ 431 mod 547
≡ 146568 ⋅ 431 mod 547 ≡ 519 ⋅ 431 mod 547
≡ 223689 mod 547 ≡ 513 mod 547
Es gilt also: 431253 ≡ 513 mod 547
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 42.
Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 42
| =>67 | = 1⋅42 + 25 |
| =>42 | = 1⋅25 + 17 |
| =>25 | = 1⋅17 + 8 |
| =>17 | = 2⋅8 + 1 |
| =>8 | = 8⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(67,42)=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= 17-2⋅8 | |||
| 8= 25-1⋅17 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅17 -2⋅(25 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅25 +2⋅ 17) = -2⋅25 +3⋅ 17 (=1) |
| 17= 42-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -2⋅25 +3⋅(42 -1⋅ 25)
= -2⋅25 +3⋅42 -3⋅ 25) = 3⋅42 -5⋅ 25 (=1) |
| 25= 67-1⋅42 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 3⋅42 -5⋅(67 -1⋅ 42)
= 3⋅42 -5⋅67 +5⋅ 42) = -5⋅67 +8⋅ 42 (=1) |
Es gilt also: ggt(67,42)=1 = -5⋅67 +8⋅42
oder wenn man -5⋅67 auf die linke Seite bringt:
1 +5⋅67 = +8⋅42
Es gilt also: 8⋅42 = 5⋅67 +1
Somit 8⋅42 = 1 mod 67
8 ist also das Inverse von 42 mod 67
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
