Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10
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Modulo addieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (999 + 4999) mod 5.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(999 + 4999) mod 5 ≡ (999 mod 5 + 4999 mod 5) mod 5.
999 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 999
= 900
4999 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4999
= 4000
Somit gilt:
(999 + 4999) mod 5 ≡ (4 + 4) mod 5 ≡ 8 mod 5 ≡ 3 mod 5.
Modulo multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne WTR: (91 ⋅ 28) mod 10.
Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:
(91 ⋅ 28) mod 10 ≡ (91 mod 10 ⋅ 28 mod 10) mod 10.
91 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 9 ⋅ 10 + 1 ist.
28 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 20 + 8 = 2 ⋅ 10 + 8 ist.
Somit gilt:
(91 ⋅ 28) mod 10 ≡ (1 ⋅ 8) mod 10 ≡ 8 mod 10.
modulo Potenzieren einfach
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 43316 mod 967.
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. 433 -> x
2. mod(x²,967) -> 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: 4331=433
2: 4332=4331+1=4331⋅4331 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 858 mod 967
4: 4334=4332+2=4332⋅4332 ≡ 858⋅858=736164 ≡ 277 mod 967
8: 4338=4334+4=4334⋅4334 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 336 mod 967
16: 43316=4338+8=4338⋅4338 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 724 mod 967
modulo Potenzieren große Zahlen
Beispiel:
Berechne möglichst geschickt: 134220 mod 229.
Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 220 (grauer Kasten).
Dann schauen wir die Binärdarstellung von 220 an und zerlegen 220 in eine Summer von 2er-Potenzen:
220 = 128+64+16+8+4
1: 1341=134
2: 1342=1341+1=1341⋅1341 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 94 mod 229
4: 1344=1342+2=1342⋅1342 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 134 mod 229
8: 1348=1344+4=1344⋅1344 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 94 mod 229
16: 13416=1348+8=1348⋅1348 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 134 mod 229
32: 13432=13416+16=13416⋅13416 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 94 mod 229
64: 13464=13432+32=13432⋅13432 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 134 mod 229
128: 134128=13464+64=13464⋅13464 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 94 mod 229
134220
= 134128+64+16+8+4
= 134128⋅13464⋅13416⋅1348⋅1344
≡ 94 ⋅ 134 ⋅ 134 ⋅ 94 ⋅ 134 mod 229
≡ 12596 ⋅ 134 ⋅ 94 ⋅ 134 mod 229 ≡ 1 ⋅ 134 ⋅ 94 ⋅ 134 mod 229
≡ 134 ⋅ 94 ⋅ 134 mod 229
≡ 12596 ⋅ 134 mod 229 ≡ 1 ⋅ 134 mod 229
≡ 134 mod 229
Es gilt also: 134220 ≡ 134 mod 229
erweiterter Euklid'scher Algorithmus
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 28.
Also bestimme x, so dass 28 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 28
| =>53 | = 1⋅28 + 25 |
| =>28 | = 1⋅25 + 3 |
| =>25 | = 8⋅3 + 1 |
| =>3 | = 3⋅1 + 0 |
also gilt: ggt(53,28)=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= 25-8⋅3 | |||
| 3= 28-1⋅25 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= 1⋅25 -8⋅(28 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -8⋅28 +8⋅ 25) = -8⋅28 +9⋅ 25 (=1) |
| 25= 53-1⋅28 | eingesetzt in die Zeile drüber: | 1 |
= -8⋅28 +9⋅(53 -1⋅ 28)
= -8⋅28 +9⋅53 -9⋅ 28) = 9⋅53 -17⋅ 28 (=1) |
Es gilt also: ggt(53,28)=1 = 9⋅53 -17⋅28
oder wenn man 9⋅53 auf die linke Seite bringt:
1 -9⋅53 = -17⋅28
-17⋅28 = -9⋅53 + 1 |+53⋅28
-17⋅28 + 53⋅28 = -9⋅53 + 53⋅28 + 1
(-17 + 53) ⋅ 28 = (-9 + 28) ⋅ 53 + 1
36⋅28 = 19⋅53 + 1
Es gilt also: 36⋅28 = 19⋅53 +1
Somit 36⋅28 = 1 mod 53
36 ist also das Inverse von 28 mod 53
Schlüsselpaar für RSA
Beispiel:
Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.
